邊沿耦合與寬邊耦合的串擾
我們知道,如果兩條走線位于同一層,由于耦合兩條線之間會存在串擾。如果PCB層疊中有相鄰的信號層,那么同樣存在耦合,這兩個相鄰信號層的走線之間也會存在串擾。同層走線之間的耦合稱為邊沿耦合,不同層之間的耦合稱為寬邊耦合,圖5-30顯示了兩種典型的耦合情況。
和邊沿耦合相比,寬邊耦合產生的串擾要大得多。以內層走線為例,FR4板材,3個介質層厚度均為6mil,走線寬度為6mil,不論走線在哪一個走線層,阻抗都近似為50Ω。對于同層走線,通常線間距(gap)最小值為1倍線寬時達到最強的耦合(通常情況下間距不會小于線寬)。不同層走線之間可能上下完全重疊,這時兩條走線達到最強耦合。圖5-31顯示了攻擊信號為1V時,兩種情況下近端串擾波形的比較。每條走線的兩端都做了嚴格的阻抗匹配,消除反射的影響。可見寬邊耦合產生的串擾遠遠大于邊沿耦合的串擾。
對于不同層的走線,當兩條走線相互錯開時,串擾同樣逐漸減小。圖5-32顯示了相互錯開距離不同時,近端串擾的大小。作為比較,給出了同樣層疊結構下,同層走線之間1倍線寬間距下的串擾量。
在設計層疊結構的時候,如果讓信號層相鄰,布線的時候很容易使兩個信號層的走線互相重疊,串擾會很難控制。尤其是當每個信號層走線都很密集的情況下,上下兩層的走線之間沒有足夠的空間相互錯開,那么串擾就可能是主要的噪聲源,要重點關注。對于設計余量很緊張的PCB板,使用一層信號,一層銅皮交替疊板,可以達到更好的信號質量。如果必須設計成信號層相鄰,那么對于敏感信號要仔細評估。