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差分串?dāng)_和差分對(duì)之間的間距
差分串?dāng)_和差分對(duì)之間的間距
串?dāng)_是單端和差分走線中信號(hào)完整性的一個(gè)基本方面。每個(gè)布線配置的信號(hào)線之間的間距是使用典型的經(jīng)驗(yàn)法則定義的，可以很容易地在您的 PCB 設(shè)計(jì)軟件中定義為設(shè)計(jì)規(guī)則。定義差分對(duì)中每條跡線之間間距的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是“5S”規(guī)則，有時(shí)在應(yīng)用筆記和其他 PCB 設(shè)計(jì)指南中稱為“5W”規(guī)則。
5S 規(guī)則規(guī)定，差分對(duì)中兩條線之間的間距應(yīng)比差分對(duì)中每條走線的寬度大 5 倍。當(dāng)多個(gè)差分對(duì)需要密集布線時(shí)，差分對(duì)之間的串?dāng)_就成為一個(gè)重要的考慮因素，我們需要一種方法來分析多個(gè)差分對(duì)之間的間距。事實(shí)證明，這是線對(duì)到最近地平面的高度的函數(shù)。讓我們更深入地研究一下，看看我們?nèi)绾未_定差分對(duì)之間的正確間距以防止差分串?dāng)_。
什么是差分串?dāng)_？
顧名思義，差分串?dāng)_是單端串?dāng)_的差模模擬，指的是差分對(duì)之間的串?dāng)_形式，或差分對(duì)在單端走線上產(chǎn)生的串?dāng)_。在單端對(duì)之間發(fā)現(xiàn)的兩種串?dāng)_（NEXT 和 FEXT）也發(fā)生在差分對(duì)之間。強(qiáng)差分串?dāng)_可以通過電容和電感感應(yīng)，具體取決于結(jié)構(gòu)的頻率和幾何形狀。
在遠(yuǎn)離該對(duì)的某個(gè)橫向距離處看到的總場是來自兩對(duì)的場的總和。因?yàn)橐粚?duì)的兩端之間有一些間距，所以在遠(yuǎn)離差分對(duì)的某個(gè)橫向距離處看到的總場不等于零。此外，當(dāng)兩對(duì)具有較大的間距時(shí)，遠(yuǎn)離兩條跡線的電磁場強(qiáng)度較大。
這促使制定一些用于定義兩個(gè)差分對(duì)之間間距的規(guī)則。從上面的討論中，僅僅知道場強(qiáng)隨著遠(yuǎn)離線對(duì)而降低，人們自然會(huì)為差分對(duì)制定以下布局要求：
兩個(gè)差分對(duì)之間的間距應(yīng)與差分對(duì)中每個(gè)走線之間的間距成正比。
兩個(gè)差分對(duì)之間的間距應(yīng)以某種方式與每對(duì)與其參考平面（如果存在）之間的距離成正比。
讓我們看看以下兩個(gè)差分對(duì)的幾何結(jié)構(gòu)，并確定它們之間的差模串?dāng)_。您可能認(rèn)為差分對(duì)的全部意義在于噪聲抑制；雖然這對(duì)于共模噪聲是正確的，但受害對(duì)中兩條跡線之間的場強(qiáng)差異將在每對(duì)中產(chǎn)生不同級(jí)別的噪聲，在接收器中表現(xiàn)為差模噪聲。
用于檢查兩個(gè)微帶差分對(duì)之間的差分串?dāng)_的模型。
計(jì)算一階模型中的差分串?dāng)_強(qiáng)度
在上面的討論中，還有一個(gè)方面沒有考慮：走線在其參考平面上方的高度以及成對(duì)走線的精確排列。可以對(duì)帶狀線差分對(duì)進(jìn)行類似的考慮。在這里，我們想量化作為幾何函數(shù)的差分串?dāng)_的強(qiáng)度。此處顯示的方法與 Douglas Brooks 顯示的方法非常相似。這通常通過從電路模型定義串?dāng)_系數(shù)來完成。這些模型的問題在于，它們無法將受害者跡線處的場強(qiáng)作為攻擊者和受害者之間的距離的函數(shù)來考慮。
在上述模型中，我們可以將串?dāng)_系數(shù)C定義為走線間距S和參考平面H上方高度的函數(shù)。將串?dāng)_系數(shù)定義為比率 ( S/H )的函數(shù)是很方便的。在這種情況下，相隔距離 S 的兩條相反極性的走線之間的單端串?dāng)_系數(shù)為：
單端串?dāng)_系數(shù)
這里，k是一個(gè)比例常數(shù)，它與入侵線路上的信號(hào)上升時(shí)間、犧牲線路的傳遞函數(shù)和基板的介電常數(shù)有關(guān)。在足夠高的頻率和接近電阻性負(fù)載的情況下，k將是一個(gè)與信號(hào)上升時(shí)間成正比的常數(shù)。正如我們很快將看到的，C的值可用于定義在給定比率 ( S/H ) 下受害跡線上產(chǎn)生的共模與差分串?dāng)_噪聲的比率。差分接收器會(huì)消除共模噪聲，因此我們希望將差模噪聲降至最低。
差分串?dāng)_是通過計(jì)算串?dāng)_系數(shù)的和和差來定義的。對(duì)于上面顯示的布置，一對(duì)差分對(duì)和受害對(duì)中的一條跡線之間的串?dāng)_只是它們系數(shù)的總和。請(qǐng)注意，對(duì)于任何間距值，只需進(jìn)行比例變換S → S (1+ x )。差分串?dāng)_只是受害跡線的串?dāng)_系數(shù)差異：
差分串?dāng)_系數(shù)
如果我們將其繪制為( S/H ) 的各種值的x函數(shù)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)走線更靠近接地平面時(shí)，可以減小兩對(duì)之間的間距。下圖顯示了k = 1 的情況；增加 k 只會(huì)將這些曲線向上移動(dòng) y 軸。這樣做是為了滿足對(duì)差分串?dāng)_的給定要求。例如，假設(shè)您需要 0.002 的差分串?dāng)_系數(shù)；如果走線距離最近的地平面較遠(yuǎn)，則需要更大的間距以確保滿足此設(shè)計(jì)目標(biāo)。
作為線對(duì)間距函數(shù)的差分串?dāng)_系數(shù)。
另外，看看當(dāng) ( S/H ) = 0.5時(shí)會(huì)發(fā)生什么；最大串?dāng)_系數(shù)并不總是在x = 0時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)您的設(shè)計(jì)目標(biāo)，您可以將走線靠得更近，并看到與走線相距較遠(yuǎn)時(shí)相同水平的差分串?dāng)_。
您可能想知道：走線寬度怎么樣？走線寬度很重要，因?yàn)樗鼪Q定了單端和差分阻抗、電容和電感。