是德科技的PathWave ADS仿真软件，可以轻松仿真PCB串扰，加速产品开发流程

时间： 2024-06-13 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

串扰是一种失真，主要来自与数据码型无关的幅度干扰。由于耦合效应，一个干净的信号（我们称为“受扰信号”）可能受到“干扰”信号的串扰影响。干扰信号会使得受扰信号发生变形，并让受扰信号的眼图闭合。工程师希望信号是串扰极小或完全没有串扰的干净信号，如此才能获得张开的眼图，并进行准确无误的数据传输。如果受扰信号中存在串扰，那么这种干扰会导致眼图闭合，从而使得设计裕量变得很小甚至测量结果错误（如下图）。串扰还会降低受扰信号的垂直幅度和水平抖动性能，导致通信链路中的互操作性问题愈发严重。

串扰是怎么产生的？

随着技术的飞速发展，电子产品的而尺寸越来越小，数据的传输速度却越来越高。普通消费类电子产品的PCB电路板很多至少是四层、六层甚至更多层。当信号沿传输线传播时，信号路径和返回路径之间将产生电力线，围绕在信号路径周围就会产生非常丰富的电磁场。这些延伸出去的场也称为边缘场，边缘场将会通过互容与互感转化为另一条传输线上的能量。而串扰的本质，其实就是传输线之间的互容与互感。

串扰可以分成两部分，一部分与信号传输方向相同，传至接收端方向，我们把它叫做远端串扰或者前向串扰。另一部分与信号传输方向相反，传至发送端方向，我们把它叫做近端串扰或者后向串扰。

近端串扰和远端串扰是由传输线的物理结构而决定的，显然在信号的传递过程中近端会首先受到干扰，并且持续的时间比较长，达到传输线的2倍；远端串扰需要经过一段传输线的延时之后才会受到干扰。下图是我们通过仿真获得的近端串扰和远端串扰的波形图。

数据中心利用发射系统和接收系统之间的通道，可以准确有效地传递有价值的信息。如果通道性能不佳，就可能会导致信号完整性问题，并且影响所传数据的正确解读。因此，在开发通道设备和互连产品时，确保高度的信号完整性非常关键。测试、识别和解决导致设备信号完整性问题的根源，就成了工程师面临的巨大挑战。本文介绍了一些仿真和测量建议，旨在帮助您设计出具有优异信号完整性的设备。中央处理器（CPU）可将信息发送到发光二极管显示器，它是一个典型的数字通信通道示例。该通道 — CPU与显示器之间的所有介质 — 包括互连设备，例如显卡、线缆和板载视频处理器。每台设备以及它们在通道中的连接都会干扰 CPU 的数据传输。信号完整性问题可能包括串扰、时延、振铃和电磁干扰。尽早解决信号完整性问题，可以让您开发出可靠性更高的高性能的产品，也有助于降低成本。

串扰与哪些因素有关？

影响串扰的设计因素主要有以下几个方面：

线间距：信号路径之间的距离越近，串扰越明显，随着线间距的增大，无论是近端还是远端串扰都将减小，当线间距大于等于线宽的3倍时串扰已经很小。三倍线宽是工程师们信心的来源，在三倍线宽条件下，串扰基本可以忽略。

信号变化程度：信号瞬间变化会带来明显磁场效应。信号的上升沿/下降沿越陡峭，串扰越明显。

介质层厚度：这里的介质厚度是指信号到参考层距离。介质层厚度的变化会导致串扰的变化。一般情况下，介质层厚度越小，串扰越小。

如何减小串扰？

从串扰的概念就可以看出，不管怎么样，串扰是无法消除的。综上所述，我们可以看到串扰不仅会引入噪声，还会影响到信号时序。所以很多工程师在进行高速电路设计时，都会非常重视对串扰问题的处理。

结合是德科技案例对比以及一些工程经验，我們对于如何减少串扰可以给出一些基本结论：

• 尽量减短传输线之间的耦合长度，尽量保证在耦合饱和长度之内。
• 尽量增加传输线之间的耦合距离，能保证3H（H表示传输线到参考层的距离）的规则更好。
• 在满足信号完整性的前提下，尽量使信号的边沿时间不要过于陡峭，减缓上升的速度。
• 在PCB设计中，对于耦合长度比较长的高速传输线，尽量布到内层的带状线层，可以大大地减少远端串扰。当耦合距离比较短时，可以布线到微带线层，这样可以减少过孔带来的影响。
• 在满足工艺要求的情况下，信号层尽量靠近参考层。
• 在PCB设计中，当相邻层都是信号层时，布线尽量避免相邻层平行布线。最好做到垂直布线，使串扰最小化。
• 尽量要满足传输链路的阻抗匹配。
• 在空间足够大的情况下，可以考虑给高速信号线加屏蔽地，屏蔽地上要有适当的地孔。
• 高速传输线尽量不要布到PCB板的边缘，最好保证达到信号到参考层的距离的20H以上。

是德科技的PathWave ADS仿真软件，可以轻松仿真PCB串扰，结合是德科技的网络分析仪和PLTS软件进行串扰的测试，可以完成从概念设计、仿真、原型机设计、验证到生产制造和部署的全流程管理，从而加速产品开发流程。

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