1. 引入

当电路存在电压的时候,就会形成电场耦合;当电路存在电流的时候,就存在磁场耦合。于是当两个电路靠得非常近的时候,就会产生串扰。

串扰会对相邻电路产生噪声,由此导致信号完整性下降、减少噪声容限。

1.1. 并联微带线

当电压增加的时候,会造成干扰。

2. 频域串扰分析

攻击线在受害线的两端观察到串扰信号。

  • Near End:受害线更靠近攻击线的电源的一端。
  • Far End:受害线更远离攻击线电源的一端。

需要分析的就是攻击线路导致的 。 远端串扰为 ,近端串扰为

2.1. 平行线的分布参数

我们需要知道平行线的分布电感和电容来确定串扰。RLCG 模型,R 是串联的电阻,L 是自感和互感,C 是自容和互容,G 是连接到地的电阻。

  • Ls1 = 导体 1 单位长度的自感 (H/m)
  • Ls2 = 导体 2 单位长度的自感 (H/m)
  • Lm = 导体 1 和 2 之间单位长度的互感 (H/m)
  • Cs1 = 导体 1 单位长度的自电容 (F/m)
  • Cs2 = 导体 2 单位长度的自电容 (F/m)
  • Cm = 导体 1 和 2 之间单位长度的互电容 (F/m) 在分析串扰的时候,我们更关心自感、互感和自容、互容。

为了简化分析,这里假设了频率足够低 ,我们用集总电路模型来分析。将上面的电路用集总电路建模,并且分电容和电感来分析。 通过单位电容、单位电感和长度就能计算出自自容、自感等,

2.2. 电容串扰

大多数情况下,两条平行线具有相同的分布参数和终端电阻。即假设所有电阻相同以及电容相同。

由此能分析出来,由于电容串扰产生的干扰为,

可以看到这个公式的分母由三个部分组成,并且分别是,不和频率相关,和 相关,和 相关。由此,

  • 当低频时,第一项为主,其他项可忽略
  • 当频率增加,第三项为主,其他项可忽略;
  • 当频率增加地更多,第二项为主,其他项可忽略。

但是这个界限在哪?我们通过对比项之间的大小可以得知。

于是可以有以下近似,

的时候,电容串扰随着频率线性增加; 串扰为固定值; 串扰随着频率增加而减少。

2.2.1. Exercise 1

“Determine the near-end and far-end capacitive crosstalk for the two parallel microstrip lines at 100 kHz and 10 MHz for: (a) RG = RL = RNE = RFE = 10 ; (b) RG = RL = RNE = RFE = 10 .” (“EE6303 lec7 crosstalk coupling and analysis”, p. 18)

2.2.2. 电容串扰特性

  • 近端和远端电容串扰具有相同的幅度和同相。
  • 电容串扰随频率以+20dB/十倍频程的速率增加,在特定频率处达到最大值,然后随频率以+20dB/decade 的速率减小。 –20dB/十年。
  • 具有高阻抗端子的电路更容易受到电容串扰的影响

2.3. 电感串扰

和电容串扰类似,

  • 低的时候, 主导;
  • 增加的时候, 主导串扰;
  • 继续增加的时候, 主导串扰;

所以,我们也能在不同频率下来近似计算。 当

所以有, 当 时,

时,

时,

2.3.1. 电感串扰特性

  • 近端和远端感应串扰异相(注意:观察接地电压的极性)。
  • 感应串扰随频率以+20dB/十倍频程的速率增加,在特定频率处达到最大值,然后随频率以-20dB/十倍频程的速率下降。
  • 具有低阻抗端子的电路更容易受到电感串扰的影响。

2.4. 串扰产生的能量

通过观察电容串扰和电感串扰的频率响应,大多数能量主要集中在低频频谱中。在较高频率下,能量会恶化,因为串扰与频率成反比。较低频谱的串扰是主要问题。

同样,我们将电路分为电容串扰和电感串扰来说明,并且只考虑低频情况。此时有电容串扰为,

电感串扰为,

2.4.1. 低频电容串扰

在低频下有电容串扰,

电容耦合可以被建模为从干扰源线路到受害线路的耦合噪声电流源

2.4.2. 低频电感串扰

电感耦合可以被建模为从干扰源线路到受害线路的耦合噪声电压源

2.4.3. 电容加电感耦合

3. 时域串扰分析

3.1. 数字信号的传播延迟

信号的传播速度:

单位长度的传播延迟为,

信号的传播延迟为,

3.2. 时域串扰分析

有时域串扰,

3.2.1. 时域的电容串扰

3.2.2. 时域的电感串扰