串扰对信号的影响

前面讲了很多串扰的基础知识,串扰对信号的影响究竟是什么样?

前文也有提到,串扰与信号的上升边的相互关系。为了直观地体现串扰对上升边的影响,有做了相关的仿真:

两条传输线上,相同的驱动电压为偶模,两条传输线上,相反的驱动电压为奇模。

远端串扰对信号的上升边产生了影响,不同的驱动电压下,上升边变化的情况也不同,相关的仿真波形如下:

不同模态触发的远端串扰的波形如下:

远端串扰的变化和源端相反,奇模触发,远端串扰把信号的边沿提前,偶模触发,远端串扰把信号的边沿延迟。

串扰除了对信号上升边的影响,还会对信号的幅值产品影响,为了直观地显现串扰对信号的影响,搭建了相关的仿真电路图,来直观地展现串扰对信号的影响,相关电路如下:

第一种情况,两者的信号是同步,也就是Td为0的情况下,仿真得出攻击信号和受害信号之间的电压波形:

受害线上的眼图,如下图:

仿真的结果说明:信号同步,受害线的信号幅度和眼图不受攻击线的影响。

实际的产品设计,攻击线号和受害线号之间很少有同步的情况,也就是说两者之间是有skew时序偏差的。

第二种情况,模拟实际产品的情况,时序偏差100ps时的电压波形:

受害线上的眼图,如下图:

仿真的结果说明:触发信号不同步,存在时序偏差的情况,受害线的信号幅度和眼图受到攻击线的影响,也就是远端串扰的影响。

电压波形图可以看出两者的跳变关系是相反的,这就是远端串扰引起的。这也从侧面说明信号之间要做等时的匹配。

说到匹配,信号完整性工程师给到Layout工程师就是一个物理规则,将时延折算成长度,这个折算长度会考虑走线的不同层面,过孔等影响因素。一般常见的就是蛇形绕线的方式:

为了验证蛇形先的相关情况,将耦合的8根线相连模拟蛇形走线,做所谓的等长匹配,总长和直传信号线长度一致,以便做相互的比较,相关的电路搭建如下:

仿真的波形如下:

即时做了完全的等长匹配,因为串扰的原因,时序上还是有偏差。

所以有些资料对绕线的长度和间距都做了要求,比如≤200mil,线间距≥5H,以此做了相关的仿真,得出的波形如下:

仿真结果说明,减小蛇形绕线的长度,增大线间距,可以减小信号间的时序偏差,可以更好地等时匹配。

除了蛇形线的匹配,还有一种长度匹配的形式比较常见,那就是3W2S的原则,相关图示如下:

将3W2S和直传信号线进行比较,发现两者的波形已经很吻合,如下图:

总的来说,串扰影响信号是多方面的,不仅仅是影响上升边,也会影响信号幅度,甚至于影响等时匹配,而这些影响因素最终会体现在信号的眼图上。

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