近端串扰的饱和长度

信号沿着动态线传输,不是时时刻刻发生耦合噪声到相邻静态线上,也就是说当电流或电压是一个常数,是不会产生耦合噪声的,只有电流dI/dt或电压dv/dt发生变化,也就是边沿跳变区域,才会产生耦合噪声。

虽然耦合噪声和信号边沿跳变有关,但是耦合到静态线的电流或电压的总量和上升边Tr无关,也就是说与dI/dt或dv/dt变化无关。

容性耦合注入到静态线上的电流公式:

感性耦合注入到静态线上的电压公式:

CmL/LmL是单位长度互容/互感, v表示信号传输速度,V表示信号电压, I 表示动态线上的电流

由上述公式可以看出,耦合噪声与互容/互感,信号电压和电流以及信号的传输速度这三个因素有关。

虽然上升边和耦合噪声总量无关,但是与耦合区域的长度有关。当信号进入耦合区域的时候,从攻击线耦合到静态线的噪声开始增大,一直增大到最大值,耦合噪声达到最大值所经过的空间区域长度,称之为饱和长度。

近端串扰的饱和长度

静态线上出现耦合噪声,先是从近端串扰的噪声开始,一直增大到信号上升边的一半,然后持续传输时延的两倍。近端串扰的饱和长度就是信号上升边一半时间的空间区域长度,公式如下:

假定上升时间为0.1ns,由传输时延得出信号传输速度为7.52 in/ns,计算得出饱和长度为376 mil。

搭建相关电路进行仿真验证:

仿真结果如下:

耦合区域长度小于饱和长度的时候,耦合噪声的幅值是逐渐增加的,一直增加到最大值。

饱和长度的影响因素

上升边时间

从饱和长度公式可以看出,影响近端串扰饱和的因素之一是信号的上升边,修改上升边时间,得出仿真波形如下:

仿真结果可以很直观地看出,上升边越长,饱和长度越长。100ps上升边信号的饱和长度为376mil,这说明近端串扰很容易饱和,但是饱和后,噪声幅值不会再增加。

线间距的不同

为了验证线间距对饱和长度影响,选择2W,3W和4W的三个类型来进行仿真对比,相关仿真的结果如下:

仿真结果表明:线间距越大,饱和长度越长。

表层和内层

从饱和长度可以看出,影响近端串扰饱和的因素除了信号的上升边,还有一个因素就是信号传输速度。前面内容都是基于微带线来进行仿真验证相关知识点,为了验证信号速度影响饱和长度,将信号的层面放入内层,用微带线来进行仿真。

上升时间还是为0.1ns,由传输时延得出信号传输速度为6.31 in/ns,计算得出饱和长度为316 mil。

仿真结果如下图:

仿真结果直观地显示,当耦合区域长度为316mil时,耦合噪声达到最大值,也就是说这个耦合区域长度为饱和长度。同样,计算得出表层和内层的饱和长度是不一样的。为了验证这一结果,将微带线和带状线的饱和长度放在一起,如下图,很直观地看到,曲线是完全重复的,内层的饱和长度是316mil,表层的饱和长度376mil。

总结来说,同样的上升边,因为信号层面的不同,信号传输速度不同,表层信号传输更快,而内层信号更容易饱和。

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