两并行传输线之间存在着互容与互感的耦合模型(lumped model)如下所示
$ K% ? I7 U- |- R" I" [ 1.电容性耦合与电感性耦合
1.1 Capacitive coupling and coupled current
% ^0 g8 p# b5 J, i- t% b1.1.1 两相邻的导线(或导体)，如果靠的够近，当一条在线有电压信号的变化，会产生电场对另一线耦合出电流信号变化。由于这是电场的影响，所以可以透过寄生电容(互容, mutual capacitance)模型来解释。
+ N* V4 N! a, J1 }0 F1 E. b3 I& c6 x, U$ o( e" _
1.1.2 只有在active line传递edge所到之处的瞬间(dV/dt arrive)，才会在quiet line产生感应成份(coupled noise, I)。红色表示流往近端的耦合成份，绿色表示流往远程的耦合成份。4 y: i7 [- ^6 I' d
0 j" n8 S" S4 A2 v( _两线间的耦合效应可以由Fringe Field的分布来完全决定
: I. T% Q2 i' y: o% {" B
+ r1 ]0 J: o8 k9 n* _1.1.3 互容与两线的距离直接相关
7 I& H1 Q$ H; S$ g# O- Q3 o
对于线宽5mils特性阻抗50欧姆的microstrip，当线距采用1W，互容约0.15pF/in；当线距采用3W，互容约0.0244pF/in；若两线间放一条guard trace则互容降的更低，约只剩0.016pF/in。
3 W5 z( z+ f! G& Y3 J/ N1.2 Inductive coupling and coupled current
9 E2 l0 ^" o" K" Z# J& p" f. d1.2.1 两相邻的导线(或导体)，如果靠的够近，当一条在线有电流信号的变化，会产生磁场对另一线耦合出电压信号变化。由于这是 磁场的影响，所以可以透过寄生电感(互感, mutual inductance)模型来解释。
3 _+ y v6 s4 y: i2 N! t% f- |1.2.2 只有在active line传递edge所到之处的瞬间(dI/dt arrive)，才会在quiet line产生感应成份(coupled noise, V)。红色表示流往近端的耦合成份，绿色表示流往远程的耦合成份。
因为是两线之间的互感耦合，在quiet line的耦合电流current loop方向，必定与原active line的讯号current loop反向。
+ @/ B: T+ F9 [' |
所以顺着讯号传递方向(forward)的耦合电流，通过terminating resistor产生的电压，会以负的极性出现(凹陷)，但逆着讯号传递方向(backward)的耦合电流，会以正的极性出现(凸起)。
: p; }: s# T4 M8 A
电容性与电感性的近端crosstalk current会呈现同向相加的效应，远程crosstalk current会呈现反向相减的效应。
4 {/ L( F. k; M# W3 H
1.2.3 互感除了两线的距离直接相关，还与area of current loop直接相关
9 d- g4 X/ h( j v
1.3 Common-Impedance Crosstalk
0 M+ h. S* N9 L- X @这名辞对SI\IP领域的人来说比较陌生，但在EMC书籍里可以看到。此issue实际电路系统随处可见，所以笔者一定要介绍一下。
) v) H$ K& A) e3 ^2 [: {/ x# w+ Z
当系统地回路设计不够理想，比方return path不连续，会造成common-mode current，使得原本两条讯号各自分开走的return current透过同一段Common-Impedance回流，产生共地回路的干扰。
2 a" w. b5 o1 V. O
1 R+ q- Z! R! ?9 W1 M1 K$ E改善方法是增加一个良好、完整的地平面，两条线尽量都贴着地平面，让各自的return current都在自己的正下方流动
' U! W/ \! G) P, J& r4 T' v$ p 2. 近端耦合与远程耦合
& e, ?$ b, O1 h8 v, m
耦合电流(coupled noise current)，往近端或远程流动，主要取决于该电流所感受的阻抗，也就是说：如果耦合电流往近端与远程看到的特性阻抗都是50欧姆，那耦合电流将会等分 成两半往左右两端流动。
, J: t7 T8 E0 @0 O4 B- C
往近端流动的成份，因为与active signal的传播方向相反，所以能量是在近端持续出现(持续active signal传播时间TD的两倍)。往远程流动的成份，因为与active signal的传播方向相同，所以能量是在远程累加出现(跟active signal同时传播到达)。
0 \) T: w6 c: P1 t- K读者可以好好想一下，为何近端crosstalk noise是持续2*TD的时间长。
7 Y9 ~$ `4 V e8 k1 w% [/ C
2.1 电容耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)
1 R4 D( _8 c( C$ {% S
电容耦合噪声不管是近端还是远程，都以正电压(凸起)的形式出现，且远程耦合噪声的凸起高度和耦合长度与单位互容成正比。
* [1 p: S3 D6 ~' m v. V# v: w: O' K1 d Q0 k: W0 ^0 A
0 {& x1 c8 E. y J. x: s1 {2.2 电感耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)
# J9 V2 B* B) t/ M% H& Z, M3 `
电感耦合噪声近端以正电压(凸起)的形式出现，但远程以负电压(凹陷)的形式出现，且远程耦合噪声的凹陷深度和耦合长度与单位互感成正比。
7 E0 U9 N0 w+ U9 G- g: X) D1 Y未完待续...
( X7 l% @+ W/ J/ x2 Q6 h# }
4 i y; t4 L1 Q2 ?) s* Z( H0 x0 e0 j
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发表于 2016-6-6 16:52
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