边沿耦合与宽边耦合的串扰
我们知道,如果两条走线位于同一层,由于耦合两条线之间会存在串扰。如果PCB层叠中有相邻的信号层,那么同样存在耦合,这两个相邻信号层的走线之间也会存在串扰。同层走线之间的耦合称为边沿耦合,不同层之间的耦合称为宽边耦合,图5-30显示了两种典型的耦合情况。
和边沿耦合相比,宽边耦合产生的串扰要大得多。以内层走线为例,FR4板材,3个介质层厚度均为6mil,走线宽度为6mil,不论走线在哪一个走线层,阻抗都近似为50Ω。对于同层走线,通常线间距(gap)最小值为1倍线宽时达到最强的耦合(通常情况下间距不会小于线宽)。不同层走线之间可能上下完全重叠,这时两条走线达到最强耦合。图5-31显示了攻击信号为1V时,两种情况下近端串扰波形的比较。每条走线的两端都做了严格的阻抗匹配,消除反射的影响。可见宽边耦合产生的串扰远远大于边沿耦合的串扰。
对于不同层的走线,当两条走线相互错开时,串扰同样逐渐减小。图5-32显示了相互错开距离不同时,近端串扰的大小。作为比较,给出了同样层叠结构下,同层走线之间1倍线宽间距下的串扰量。
在设计层叠结构的时候,如果让信号层相邻,布线的时候很容易使两个信号层的走线互相重叠,串扰会很难控制。尤其是当每个信号层走线都很密集的情况下,上下两层的走线之间没有足够的空间相互错开,那么串扰就可能是主要的噪声源,要重点关注。对于设计余量很紧张的PCB板,使用一层信号,一层铜皮交替叠板,可以达到更好的信号质量。如果必须设计成信号层相邻,那么对于敏感信号要仔细评估。