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
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
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
- 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,
在
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
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,
- 当
低的时候, 主导; - 当
增加的时候, 主导串扰; - 当
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
当
所以有,
当
当
当
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,