一、概述
串擾是通過(guò)近電場(chǎng)(電容耦合)和磁場(chǎng)(電感耦合)在相鄰導體之間耦合的噪聲。盡管任何相鄰導體都表現出串擾,但是當它出現在強干擾信號和敏感信號之間時(shí),對信號完整性將造成很大的影響。
串擾的再定義:
攻擊者=高振幅+高頻+短上升時(shí)間
受害者=低振幅+高阻抗
某些信號由于其性質(zhì)或在電路中的功能而對串擾特別敏感,這些信號是潛在的串擾受害者 ,如:
模擬信號:與數字信號相比,它們對噪聲更敏感,尤其是在振幅較低的情況下。
高阻抗控制信號:使能,復位,振蕩器和反饋信號是控制類(lèi)信號。如果此類(lèi)信號是由低阻抗源產(chǎn)生的,則它們很容易受到電容串擾的干擾。
另一類(lèi)信號很容易在受害者身上引起噪聲,并被認為是串擾的潛在攻擊者 。為了識別潛在的攻擊者,請記住串擾是由PCB走線(xiàn)之間的耦合電容和電感引起的?;谶@些考慮,電路中的潛在攻擊者是:
高振幅信號 (電壓或電流)
快速信號 (上升時(shí)間短或者高頻)
小化串擾的基本規則:使攻擊者和受害者盡可能遠離。
具體規則如下:
二、帶狀線(xiàn)布置
串擾的明顯對策是使攻擊者和受害者盡可能遠離,以避免耦合電容和電感。這樣做的第.一.步是避免在同一層上有攻擊者和受害者。
布線(xiàn)層之間的參考平面將大大減少這些層上信號之間的串擾,因此,如果可能,將攻擊者和受害者分配給至少由接地層或供電層隔開(kāi)的不同層。
帶狀線(xiàn)層上的串擾比微帶線(xiàn)層上的串擾小,因此,如果攻擊者和受害者必須共享同一區域和同一層,則它應該是帶狀線(xiàn)層。
三、正交布線(xiàn)
通過(guò)為每個(gè)層分配單個(gè)方向并交替相鄰層的方向,可以大大減少電容耦合和電感耦合。該技術(shù)稱(chēng)為“正交布線(xiàn)”,如圖1所示。
圖1 正交布線(xiàn)
當不能應用正交布線(xiàn)或對于沒(méi)有被參考平面分隔的具有相同布線(xiàn)方向的層時(shí),也可以通過(guò)交錯信號跡線(xiàn)來(lái)減少串擾,如圖2所示。
圖2 交錯布線(xiàn)
四、平行布線(xiàn)
如果無(wú)法在不同層上布置攻擊者和受害者,則應強制按照并行走線(xiàn)要求進(jìn)行布線(xiàn)。平行走線(xiàn)之間的串擾噪聲量取決于平行走線(xiàn)的長(cháng)度和它們之間的間隙。間隙越小,對于相同的串擾量,允許并行走線(xiàn)的長(cháng)度越短。串擾不僅取決于并行度,而且還取決于信號和PCB特性。
關(guān)于并行布線(xiàn)的經(jīng)驗法則稱(chēng)為“ 3W規則 ”,意思是為了避免在同一層布線(xiàn)的平行走線(xiàn)之間發(fā)生串擾,走線(xiàn)中心之間的小間距應保持3W,圖3說(shuō)明了3W規則。
圖3 3W規則
雖然通過(guò)應用3W規則確實(shí)可以減少串擾,但實(shí)際的3W值會(huì )導致電路板面積增大,可能很昂貴。因此通常在前邊規則無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況下才使用3W規則。
五、地防護線(xiàn)
減少在同一層上布線(xiàn)的平行走線(xiàn)之間串擾的另一種措施是使用兩端都接地的走線(xiàn)(稱(chēng)為保護走線(xiàn))將它們分開(kāi)。圖4中必須將保護走線(xiàn)的所有末端都接地,否則它將像天線(xiàn)一樣把干擾帶出去。
圖4 地防護
對防護技術(shù)的實(shí)驗研究表明,通過(guò)簡(jiǎn)單地將受害者與攻擊者分開(kāi),即使不存在防護走線(xiàn),也可以實(shí)現相同的串擾降低(這等效于4W并行度規則)。但是,保護走線(xiàn)也會(huì )對周?chē)h(huán)境的電磁干擾產(chǎn)生有益的影響,因此,仍然建議保留地線(xiàn)來(lái)減少強干擾信號和敏感信號的串擾。
保護走線(xiàn)會(huì )影響信號走線(xiàn)的特征阻抗和傳輸時(shí)間,如果將其應用于高速信號線(xiàn)需考慮信號完整性!
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