SI-listCrosstalk详解（上）

SI-list【中国】Crosstalk详解（上）

2016-06-06         SI-list 【中国】 shark4685

两并行传输线之间存在着互容与互感的耦合模型(lumped model)如下所示

1.电容性耦合与电感性耦合

1.1 Capacitive coupling and coupled current

1.1.1 两相邻的导线(或导体)，如果靠的够近，当一条在线有电压信号的变化，会产生电场对另一线耦合出电流信号变化。由于这是电场的影响，所以可以透过寄生电容(互容, mutual capacitance)模型来解释。

1.1.2 只有在active line传递edge所到之处的瞬间(dV/dt arrive)，才会在quiet line产生感应成份(coupled noise, I)。红色表示流往近端的耦合成份，绿色表示流往远程的耦合成份。

两线间的耦合效应可以由Fringe Field的分布来完全决定

1.1.3 互容与两线的距离直接相关

对于线宽5mils特性阻抗50欧姆的microstrip，当线距采用1W，互容约0.15pF/in；当线距采用3W，互容约0.0244pF/in；若两线间放一条guard trace则互容降的更低，约只剩0.016pF/in。

1.2 Inductive coupling and coupled current

1.2.1 两相邻的导线(或导体)，如果靠的够近，当一条在线有电流信号的变化，会产生磁场对另一线耦合出电压信号变化。由于这是 磁场的影响，所以可以透过寄生电感(互感, mutual inductance)模型来解释。

1.2.2 只有在active line传递edge所到之处的瞬间(dI/dt arrive)，才会在quiet line产生感应成份(coupled noise, V)。红色表示流往近端的耦合成份，绿色表示流往远程的耦合成份。

因为是两线之间的互感耦合，在quiet line的耦合电流current loop方向，必定与原active line的讯号current loop反向。

所以顺着讯号传递方向(forward)的耦合电流，通过terminating resistor产生的电压，会以负的极性出现(凹陷)，但逆着讯号传递方向(backward)的耦合电流，会以正的极性出现(凸起)。

电容性与电感性的近端crosstalk current会呈现同向相加的效应，远程crosstalk current会呈现反向相减的效应。

1.2.3 互感除了两线的距离直接相关，还与area of current loop直接相关

1.3 Common-Impedance Crosstalk

这名辞对SI\IP领域的人来说比较陌生，但在EMC书籍里可以看到。此issue实际电路系统随处可见，所以笔者一定要介绍一下。

当系统地回路设计不够理想，比方return path不连续，会造成common-mode current，使得原本两条讯号各自分开走的return current透过同一段Common-Impedance回流，产生共地回路的干扰。

改善方法是增加一个良好、完整的地平面，两条线尽量都贴着地平面，让各自的return current都在自己的正下方流动

  2. 近端耦合与远程耦合

耦合电流(coupled noise current)，往近端或远程流动，主要取决于该电流所感受的阻抗，也就是说：如果耦合电流往近端与远程看到的特性阻抗都是50欧姆，那耦合电流将会等分 成两半往左右两端流动。

往近端流动的成份，因为与active signal的传播方向相反，所以能量是在近端持续出现(持续active signal传播时间TD的两倍)。往远程流动的成份，因为与active signal的传播方向相同，所以能量是在远程累加出现(跟active signal同时传播到达)。

读者可以好好想一下，为何近端crosstalk noise是持续2*TD的时间长。

2.1 电容耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)

电容耦合噪声不管是近端还是远程，都以正电压(凸起)的形式出现，且远程耦合噪声的凸起高度和耦合长度与单位互容成正比。

2.2 电感耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)

电感耦合噪声近端以正电压(凸起)的形式出现，但远程以负电压(凹陷)的形式出现，且远程耦合噪声的凹陷深度和耦合长度与单位互感成正比。

未完待续...

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