电源技术中的高速电路中平行传输线间的串扰分析及解决方案

1 引 言当信号线的长度大于传输信号的波长时，这条信号线就应该被看作是传输线(长线)，并且需要考虑印制板上的线间互连和板层特性对电气性能的影响[2]。在高速系统中，信号线通常被建模为一个R—L—C梯形电路的级连[2]。由于信号线上各处的分布参数存在差异，尤其是在芯片的输入、输出引脚处，这种差异更加明显。 当几条高速信号并行走线且这些信号线之间的距离很近时，就不能忽略串扰对系统的影响，信号频率变高、边沿变陡、印刷电路板的尺寸变小、布线密度加大等使得高速电路的串扰问题日益突出。串扰过大可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。这就要求对高速串扰物体进行仿真分析并采取相应的措施使串扰减小到合理 在电源技术中的高速电路设计中，串扰是一个关键问题，特别是在现代电子设备中，随着信号频率的提升和电路密度的增加，串扰的影响愈发显著。本文主要探讨了高速电路中平行传输线间的串扰分析及解决方案。 串扰，简单来说，是由于相邻信号线之间的电磁耦合导致的一种现象，它会影响电路的电气性能，可能导致误触发，从而影响整个系统的正常工作。当信号线长度超过传输信号的波长时，必须将其视为传输线，并考虑到线路间互连和板层特性对电气性能的影响。在高速系统中，信号线可被建模为一个包含电阻（R）、电感（L）和电容（C）的串联网络。分布参数的差异，特别是在芯片的输入/输出引脚处，加剧了串扰的可能性。 当多条高速信号线并行走线且彼此间距较小时，串扰效应尤为显著。随着信号频率的升高、边沿速度的增加以及印刷电路板尺寸的缩小，串扰问题变得日益严重。为了减少串扰，通常需要对高速串扰进行仿真分析，以便找出有效的缓解策略。 串扰的理论基础涉及到两个概念：Aggressor（侵扰者）和Victim（受害者）。Aggressor是产生串扰的信号线，而Victim是受到串扰影响的信号线。串扰主要由两部分构成：容性耦合引起的耦合电流和感性耦合产生的耦合电压。PCB的层间参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性，以及端接方式都对串扰有直接影响。例如，增大信号线之间的间距或减小信号线与地平面的距离都可以有效降低串扰。 在计算串扰时，需要考虑信号线的几何布局、介质高度以及信号线所处的PCB层。对于不同层的信号线，计算串扰的方法有所不同，但通常都与信号线间距、介质高度和特性阻抗有关。关键长度是一个重要概念，表示串扰达到稳定值的信号线长度，它与信号上升时间和传输时延有关。 串扰的危害主要包括：导致信号电压变化，可能引起时钟、复位信号的误动作；影响总线电路的时序；严重时，可能导致信号误码甚至完全淹没在噪声中。因此，在信号完整性分析中，串扰分析是必不可少的。 在实际设计中，可以通过调整信号线间距和介质层厚度来减轻串扰的影响。仿真结果显示，增大信号线间距可以明显减小接收端和驱动端的串扰，改善波形质量；同时，减小介质层厚度也能降低传输线的特性阻抗，从而减少串扰。 理解和控制串扰是电源技术中高速电路设计的关键。通过精确的仿真分析和优化设计，可以有效地降低串扰，确保电路的可靠性和稳定性。