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优化PCB布线以最大限度地减少串扰

上传人:LEDth/整理

上传时间: 2014-08-28

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  I.序言

  如今,各种便携式计算设备都应用了密集的印刷电路板(PCB)设计,并使用了多个高速数字通信协议,例如 PCIe、USB 和 SATA,这些高速数字协议支持高达 Gb 的数据吞吐速率并具有数百毫伏的差分幅度。设计人员必须小心的规划 PCB 的高速串行信号走线,以便尽可能减少线对间串扰,防止信道传输对数据造成破坏。

  入侵(aggressor)信号与受害(victim)信号出现能量耦合时会产生串扰,表现为电场或磁场干扰。电场通过信号间的互电容耦合,磁场则通过互感耦合。

  方程式(1)和(2)分别是入侵信号对受害信号的感应电压和电流计算公式,方程式(3)和(4)分别是入侵信号和受害信号之间的互电容和互电感计算公式。

  图中文字中英对照

  nduced voltage on victim :受害信号的感应电压

  mutual inductance between victim and aggressor :受害信号和入侵信号间的互电感

  transient edge rate of current due to aggressor :受入侵信号影响的瞬态电流边沿速率

  induced current on victim :受害信号的感应电流

  mutual capacitance between victim and aggressor :受害信号和入侵信号间的互电容

  dielectric permittivity :介电常数

  overlapped conductive area between victim and aggressor :受害信号和入侵信号间的重叠导电区域

  distance between victim and aggressor :受害信号和入侵信号间的距离

  transient edge rate of voltage due to aggressor :受入侵信号影响的瞬态电压边沿速率

  如方程式(1)、(2)、(3)和(4)所示,距离增加时,受害信号和入侵信号之间的电感和电容耦合降低。然而,由于必须满足便携计算设备设计紧凑的要求,PCB 的尺寸有限,增加线间空隙的难度很大。

  微带线收发交叉布线和带状线收发非交叉布线的方法可缓解串扰或耦合问题。

  

图1 交叉布线(transmitted pair:发射对;received pair:接收对)

  

图2 非交叉布线(transmitted pair:发射对;received pair:接收对)

  当远端串扰(FEXT)远大于近端串扰(NEXT)时适用交叉模式。相反,当近端串扰远大于远端串扰时适用非交叉布线。近端串扰表示受害网络邻近入侵信号发射机而造成的串扰,远端串扰表示受害网络邻近入侵信号接收机而造成的串扰。通过分析入侵信号和受害信号这两个紧密耦合信号的 S 参数与瞬态响应,我们可以对比微带线和带状线的远端串扰和近端串扰。

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