浅谈串扰

串扰，即能量从一根线耦合到另一根线上。

我们先看看串扰是如何而来，在导线中通过交变电流时就会产生磁场，当不同的传输线产生的电磁场发生相互作用时就会产生串扰。当两根相邻的平行导线，根据电磁感应可以知道，当一根导线上有电流流过时，会在空间产生一定强度的磁场。数字电路主要是脉冲电路，随着电流的变化，在导线附近产生着交变的磁场。该磁场的磁力线切割相邻的导线，在导线上产生电动势，最终形成电流。

我们由于在PCB上布线的因素，在数字电路系统中，串扰现象相当普遍。串扰可以发生在芯片内核、芯片的封装、PCB板上、接插件上以及连接线缆上。随着系统向更小型化及更高速方向发展，串扰对系统设计的影响也显著加大。设计工程师必须了解串扰产生的机理以及找到更好的方法，使串扰产生的负面影响最小化。

在多传输线的PCB系统中，大量传输线与线间的感性耦合与容性耦合，会产生两方面的有害影响。首先会改变总线的中受串扰的传输线的特性，等价于改变了传输线的特向阻抗与传输线的传输速度，这样会对系统的时序及信号完整性带来不利的影响。另外串扰会对其他传输线造成噪声，这样会更进一步的降低信号质量，以及降低噪声余量。串扰的这些因素是系统在很大程度上取决于传输线间的数据切换模式，线与线间距以及驱动器的开关速度。

互感我们可以看出是通过电磁场效应将电流从电线路感应到临近的‘受害’线路上。从而在‘受害’传输线上产生感应电流。通过磁场产生的感应电流在电路原理中是通过互感来表现的。这样互感将在受害线路上叠加上一个电压噪声，其大小跟驱动线路上驱动电流成正比。

互容我们可以看出是两个电极通过电场的耦合。电场的耦合在电路原理上是用互容来表示的。互容会对受害传输线产生一个感应电流，该电流正比于驱动线路上电压的变化速率。因而，不论是互感还是互容在高速数字电路设计中应受到普遍的重视。

当将驱动信号注入到传输线的始端，串扰基本上发生在上升沿时间和下降沿时间段内信号发生变化。串扰的幅度跟传输线间的品长度成正比，即平行长度越长串扰越大。但都会有一定的限度，在一定长度程度后串扰并不会随之而增加了。这是因为干扰不会把全部的能量耦合到干扰传输线上去，而且受干扰传输线上的感应电流产生的电磁场反过来会耦合到干扰传输线上。当然，这个极限长度是相当长的，我们可以通过Altium Designer软件电路模拟仿知道。

串扰在高速高密度的PCB设计中普遍存在。设计工程师一定要想办法来减少串扰。其一，布线允许的情况下尽量拉大线间距，或减小相邻传输线平行度。最好在不同层走线。其二，在获得相同目标阻抗的情况下尽量使布线层与电源或地层间的介质薄，加大参考层与传输线的耦合度，已达到减少相邻传输线间的耦合。其三，对关键传输线可以可用差分线传输，也可以加在两个地平面层内。其四，在保证时序情况下可选择低速的元器件，这样电场与磁场的变化率慢一点，大达到降低串扰。其五，尽可能在表层走线，因为表层线的电场耦合比中层强。表层线只有一个参考平面。我们可以通过Altium Designer软件信号完整性分析知道。

我们设计工程师在使用Altium Designer软件时,可以通过电路模拟仿真以及布线方式和信号完整性等功能。为我们产品在设计到生产都可以做到降低串扰,使我们的产品优化可靠性稳定性提高。