- 數(shù)字系統(tǒng)串音由何引起?
- 前向串音的電容特性
- 通過線路耦合消除
1、串音由何引起?
當(dāng)信號沿著印刷電路板的布線傳播時(shí),其電磁波也沿著布線傳播,從集成電路芯片一端傳到線的另一端。在傳播過程中,由於電磁感應(yīng),電磁波引起了瞬變的電壓和電流。
電磁波包括隨時(shí)間變化的電場和磁場。在印刷電路板中,實(shí)際上,電磁場并不限制在各種布線內(nèi),有相當(dāng)一部分的電磁場能量存在於布線之外。所以,如果附近有其它線路,當(dāng)信號沿一根導(dǎo)線傳播時(shí),其電場和磁場將會(huì)影響到其它線路。根據(jù)麥克斯韋爾方程,時(shí)變電及磁場會(huì)使鄰近導(dǎo)產(chǎn)生電壓和電流,因此,信號傳播過程中伴隨的電磁場將會(huì)使鄰近線路產(chǎn)生信號,這樣,就導(dǎo)致了串音。
在印刷電路板中,引起串音的線路通常稱為“侵入者”。受串音干擾的線路通常稱為“受害者”。在任何“受害者”中的串音信號都可被分為前向串音信號和後向串音信號,這兩種信號部分地由於電容耦合和電感耦合引起。串音信號的數(shù)學(xué)描述是非常復(fù)雜的,但是,如同湖面上的高速快艇,前向和後向串音信號的某些量化特徵還是能被人們所理解。
高速快艇對水產(chǎn)生兩種影響。首先,快艇在船頭激起浪花,弧形的漣漪好像隨著快艇一起前進(jìn);其次,當(dāng)快艇行駛一段時(shí)間後,會(huì)在身後留下長長的水跡。這很類似於信號通過“侵入者”時(shí),“受害者”的反應(yīng)。“受害者”中有兩種串音信號:位於侵入信號之前的前向信號,像船頭的水和漣漪;落後於侵入信號的後向信號,像船開遠(yuǎn)後仍在湖中的水跡。
2、前向串音的電容特性
前向串音表現(xiàn)為兩種相互關(guān)聯(lián)的特性:容性和感性。“侵入”信號前進(jìn)時(shí),在“受害者”中產(chǎn)生與之同相的電壓信號,這個(gè)信號的速度與“侵入”信號相同,但又始終位於“侵入”信號之前。這意味著串音信號不會(huì)提前傳播,而是和“侵入”信號同速并耦合入更多的能量。
由於“侵入”信號的變化引起串音信號,所以前向串音脈沖不是單極性的,而是具有正負(fù)兩個(gè)極性。脈沖持續(xù)時(shí)間等於“侵入”信號的切換時(shí)間。
導(dǎo)線間的耦合電容決定了前向串音脈沖的幅值,而耦合電容是由許多因素決定的,例如印刷電路板的材料,幾何尺寸,線路交叉位置等等。幅值和平行線路間的距離成比例:距離越長,串音脈沖就越大。然而,串音脈沖幅值有一個(gè)上限,因?yàn)?ldquo;侵入”信號漸漸地失去了能量,而“受害者”又反過來耦合回“侵入者”。前向串音的電感特性
當(dāng)“侵入”信號傳播時(shí),它的時(shí)變磁場同樣會(huì)產(chǎn)生串音:具有電感特性的前向串音。但是感性串音和容性串音明顯不同:前向感性串音的極性和前向容性串音的極性相反。這因?yàn)樵谇斑M(jìn)方向,串音的容性部分和感性部分在競爭,在相互抵消。實(shí)際上,當(dāng)前向容性和感性串音相等時(shí),就不存在前向串音。
在許多設(shè)備中,前向串音相當(dāng)小,而後向串音成了主要問題,尤其對於長條形電路板,因?yàn)殡娙蓠詈显鰪?qiáng)了。但是,在沒有仿真的前提下,實(shí)際無法知道感性和容性串音抵消到何種程度。
如果你測到了前向串音,你就可以根據(jù)其極性判別你的走線是容性耦合還是感性耦合。如果串音極性和“侵入”信號相同,容性耦合占主要地位,反之,感性耦合占主要地位。在印刷電路板中,通常是感性耦合更強(qiáng)些。
後向串音發(fā)生的物理理和前向串音相同:“侵入”信號的時(shí)變電場和磁場引起“受害者”中的感性和容性信號。但是這兩者之間也有所不同。
最大的不同是後向串音信號的持續(xù)時(shí)間。因?yàn)榍跋虼艉?ldquo;侵入”信號的傳播方向及速度相同,所以前向串音的持續(xù)時(shí)間和“侵入”信號等長。但是,後向串音和“侵入”信號反方向傳播,它滯後於“侵入”信號,并引起一長串脈沖。
與前向串音不同,後向串音脈沖的幅值與線路長度無關(guān),其脈沖持續(xù)期是“侵入”信號延遲時(shí)間的兩倍。為什麼呢?假設(shè)你從信號出發(fā)點(diǎn)觀察後向串音,當(dāng)“侵入”信號遠(yuǎn)離出發(fā)點(diǎn)時(shí),它仍在產(chǎn)生後向脈沖,直到另一個(gè)延遲信號出現(xiàn)。這樣,後向串音脈沖的整個(gè)持續(xù)時(shí)間