连载二:串扰仿真

为了更好的理解和解释串扰的各种概念,今天尝试对串扰进行仿真,选择最简单易用的HyperLynx进行一系列的串扰仿真。

1、微带线串扰仿真

1)仿真模型

在HyperLynx中搭建如下电路,U1为驱动端,电路模型为CMOS, 3.3V, 上升沿驱动,U2为接收模式。

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在HyperLynx中通过对叠层进行设置,设置传输线为微带线,传输线线宽为9 mil, 线间距为8 mil, 距离走线下方参考层的高度为5 mil, 相对介电常数为3.9,线长为68 inch, 传输延时为10 ns。

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仿真结果如下:

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我们知道,前向串扰在微带线的情况下很小,在带状线的情况下基本不存在,并且前向串扰随着长度的增加而增大。

从仿真结果可以看出来,驱动信号A从坐标轴左侧出发,一个耦合的后向串扰信号C立刻从接收端反射回来,并开始沿着被动线向前传播,这个信号的宽度大约是20ns, 恰好是耦合区域的2倍。

驱动脉冲传播了10ns (传输线延时)时,在B未知出现了前向串扰B,它是一个负方向的信号,宽度大约是2ns(大约是驱动信号的上升时间),紧跟在前向串扰之后的是后向串扰信号,宽度约为20ns, 幅度是C端(后向串扰)幅度的一半。这是因为位于B端的51欧姆电阻和51欧姆的传输线构成的分压器起到了分压作用,使其幅度减小了50%。

2)长度对串扰的影响

对传输线长度进行修改,设置耦合长度为33。75 inch,67。5 inch,135 inch 三种情况,用时间表示的耦合长度分别大约为5 ns, 10 ns, 20 ns。

仿真结果如下:

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从仿真结果可以看出来, 随着耦合长度的增加:

  • 前向串扰的幅度增加

  • 前向串扰的宽度保持恒定

  • 后向串扰的幅度大小保持恒定

  • 后向串扰的宽度随着耦合长度的增加而增大。

2、带状线串扰仿真

修改Stackup, 将耦合传输线改为带状线

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仿真结果如下:

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有一个重要的不同点,这种情况下没有前向串扰脉冲。这样也证明了理论分析的一点,在带状线的环境中,前向串扰的容性成分与感性成分几乎是大小相等方向相反的,所以它们相互抵消。所以对于一些对串扰敏感的信号,把走线都走到带状线的环境中去,就可以减少一种类型的串扰。

3、终端匹配对串扰的改善

尝试以下方法,在被动线的近端添加一个终端匹配电阻(R3),这个终端匹配电阻会吸收流向U2的后向串扰信号,从而在近端不会存在反射。

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仿真结果如下:

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可以看出来,在远端不存在反射。在实际的设计中,很难像在仿真模型中那样简单的在终端放置匹配电阻,那么,远端串扰也就可能不会完全消除,而且我们也没有真正消除近端的后向串扰,只是把它吸收了,不会反射回去。所以只能说减小了串扰。

通过上面的一些仿真,我们证实了控制串扰可以采取的方法:

  • 把走线走在带状线中

  • 走线和参考层之间的距离尽可能小

  • 走线之间的距离尽可能大

  • 充分利用近端阻抗匹配的良好效果

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连载一:关于串扰,你想了解的都在这儿了~

本文转载自:信号完整性之旅(作者:王彦武)
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