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
6 ~( y n6 R9 S3 x h+ ~
1.电容性耦合与电感性耦合
1.1 Capacitive coupling and coupled current
8 D1 b" ^5 s! S4 j1.1.1 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。
8 j; ^+ i# a' p! h. X) k: J W J8 D
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。! b( j" `: C& a, i) h: r+ A
; ]: \" ?# e* R' `7 a& Z* [+ P) S
两线间的耦合效应可以由Fringe Field的分布来完全决定
# x; b2 C1 ?3 x" I
+ f/ }" {7 _' ~; V8 k# t1.1.3 互容与两线的距离直接相关
6 I, f& c( X1 N* A' B
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。
: j( |8 ^7 ~" x, t; f6 |- O' A+ R& h
1.2 Inductive coupling and coupled current
) r" \' k @5 a- H1.2.1 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。
1 Q) y% I2 @' ~0 t1.2.2 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。
$ C6 S& ^* ]& K% T; {2 `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)。
3 @" L4 j4 ~ _& t( b" ~9 `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。
' R2 x. @' R9 W0 g
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
$ m9 b. B0 k% M' N' z1 g1.3 Common-Impedance Crosstalk
3 g0 i, ~4 J' ]4 x. ]' H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。
- a% b9 P# z5 [9 H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。
+ n4 h0 t# u6 k/ e/ Z0 _
$ C/ `/ F, Z/ f$ D `5 L
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
* ~/ H4 ?8 G& T
2. 近端耦合与远程耦合
: } b2 s: L6 C8 |- J8 x- K
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。
$ b; G0 |- ]$ B9 G/ R; A/ _
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)。
" G2 r2 E1 L0 k9 O% I( n& ]+ l1 s
读者可以好好想一下，为何近端crosstalk noise是持续2*TD的时间长。
6 m$ W% l; l" [6 c# L7 s3 E$ u/ ]5 \2.1 电容耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)
- S: o. c' @5 R/ A* b: z: U2 |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。
& p7 m7 u! r( v7 n, p& e7 S7 ^6 a2 j
1 U% ^+ f( \1 }4 r. x5 F3 ~6 G& C% U" d/ ~# G1 R
2.2 电感耦合的Near-end crosstalk (NEXT)与Far-end crosstalk (FEXT)
2 L* B4 x9 [4 e' F1 x' y
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。
' X7 u: W8 v8 u& J" X! F- l/ P
未完待续...
9 A/ }' P: a; ?) Q) j: a
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发表于 2016-6-6 16:52
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