本文要點(diǎn)

在 PCB、集成電路和線纜組件中，最常被提及的串?dāng)_現(xiàn)象是接收端器件觀測到的遠(yuǎn)端串?dāng)_。

帶阻濾波器與帶通濾波器作用相反：它們能濾除特定頻率范圍內(nèi)的干擾信號(hào)。

帶阻濾波器的傳遞函數(shù)可通過計(jì)算得出，也可以使用 SPICE 仿真器獲得。

還記得那些需要插到墻面上的老式電話機(jī)嗎？在電話系統(tǒng)數(shù)字化之前，通電話時(shí)偶爾能聽到其他人交談的微弱回聲。這種雜音是因電話線纜中不同導(dǎo)線間的信號(hào)混合在一起而產(chǎn)生的，更專業(yè)的名詞是“串?dāng)_”，資深電子設(shè)計(jì)師對(duì)此應(yīng)當(dāng)并不陌生。

當(dāng) layout 工程師討論串?dāng)_時(shí)，通常不會(huì)刻意區(qū)分不同類型的串?dāng)_。實(shí)際上，串?dāng)_分為兩種類型，且任何系統(tǒng)中的串?dāng)_都可能由兩種原因引起。這兩種串?dāng)_類型分別是近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_，它們都會(huì)在不同的互連信號(hào)之間產(chǎn)生不良干擾。

本文將深入探究近端串?dāng)_與遠(yuǎn)端串?dāng)_的差異，了解其產(chǎn)生原理及其與信號(hào)交互之間的相互作用。

不同類型串?dāng)_的比較

近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_都源于驅(qū)動(dòng)信號(hào)將部分能量耦合到鄰近的互連線中，無論是在印刷電路板（PCB）、電纜，還是集成電路（IC）中。串?dāng)_都是負(fù)面的，因?yàn)槲覀兿ＭミB線路僅傳輸來自驅(qū)動(dòng)組件的能量。一般而言，串?dāng)_無法被完全消除，只能將其強(qiáng)度降低至無法測量的水平。

要理解這類串?dāng)_現(xiàn)象，我們必須考慮測量串?dāng)_的位置以及串?dāng)_的傳播方向。

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近端和遠(yuǎn)端串?dāng)_對(duì)比

近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_是根據(jù)測量位置的不同而分開定義的：在干擾源互聯(lián)的驅(qū)動(dòng)端附近測量到的串?dāng)_為近端串?dāng)_，干擾源互聯(lián)的接收端附近的串?dāng)_則為遠(yuǎn)端串?dāng)_。

當(dāng)信號(hào)傳輸時(shí)，串?dāng)_信號(hào)會(huì)從干擾源互連耦合到受干擾互連，而能夠測量到串?dāng)_的具體位置取決于耦合機(jī)制及信號(hào)擺幅方向（上升沿與下降沿）。

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前向串?dāng)_與后向串?dāng)_

由于近端串?dāng)_是在受干擾互連的驅(qū)動(dòng)端測量的，因此常被稱為后向串?dāng)_。這是因?yàn)榇當(dāng)_信號(hào)必須沿著受干擾互連“逆向”傳播（即朝驅(qū)動(dòng)端方向，與干擾信號(hào)行進(jìn)的方向相反）。同理適用于前向串?dāng)_（遠(yuǎn)端串?dāng)_）——該信號(hào)需正向傳輸至接收端才能被檢測到。

受干擾互連上的串?dāng)_示例，分別在上升沿和下降沿產(chǎn)生后向與前向串?dāng)_。

前向串?dāng)_與后向串?dāng)_并非是特定的串?dāng)_類型，這兩個(gè)術(shù)語僅指代信號(hào)在互連上傳播的方向。后向串?dāng)_也可能表現(xiàn)為遠(yuǎn)端串?dāng)_，具體取決于信號(hào)跳變方向及干擾/受干擾互連的相對(duì)走向。

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互感與互容

所有串?dāng)_均通過感性耦合（寄生互感）或容性耦合（寄生互容）產(chǎn)生。感性串?dāng)_僅在干擾信號(hào)電平跳變時(shí)產(chǎn)生，因此高速信號(hào)會(huì)引發(fā)更強(qiáng)的串?dāng)_。容性串?dāng)_是由兩條互連之間電位差變化所引發(fā)的。在描述互連的電路模型中，互感與互容用于描述干擾與受干擾互連之間的耦合效應(yīng)。

在此橫截面圖中，可以觀察到兩條走線之間的寄生效應(yīng)如何產(chǎn)生互容與互感，進(jìn)而導(dǎo)致走線間噪聲以串?dāng)_形式傳播。

上圖展示了如何在物理布局中抑制或消除串?dāng)_——我們需要解決受干擾與干擾互連之間的寄生耦合問題。在物理布局中降低串?dāng)_的方法包括：

在受干擾與干擾走線之間設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)，例如增加接地覆銅或過孔隔離帶。

增大受干擾與干擾互連之間的間距。

通過加寬線寬或縮短與參考平面的距離來降低回路電感。

其他類型的串?dāng)_

除了近端與遠(yuǎn)端串?dāng)_，電信領(lǐng)域還有許多其他類型串?dāng)_。需注意，這些不同類型的串?dāng)_并無特殊耦合機(jī)制，干擾線路與受擾互連之間的噪聲耦合始終通過電感或電容方式產(chǎn)生。和 PCB、集成電路或線纜組件中一樣，串?dāng)_也可表現(xiàn)為前向串?dāng)_或后向串?dāng)_。以下是電信行業(yè)中常用于描述串?dāng)_的其他術(shù)語：

外來串?dāng)_（AXT）：該術(shù)語特指非屏蔽雙絞線（UTP）中雙絞線之間的串?dāng)_現(xiàn)象，但也可用于描述 PCB 中的串?dāng)_。外來串?dāng)_是指不屬于同一線束的電纜之間產(chǎn)生的串?dāng)_。

近端串?dāng)_功率總和或遠(yuǎn)端串?dāng)_功率總和：這些術(shù)語指代所有串?dāng)_信號(hào)的總和功率。

功率和等效電平串?dāng)_（PS-ELFEXT）：該串?dāng)_等于 PS-FEXT 與 PS-NEXT 之和。

在這些術(shù)語中，只有“外來串?dāng)_”描述了涉及串?dāng)_的特殊情況。在 PCB 上，這種現(xiàn)象沒有走線間串?dāng)_那么常見，且可能因多種原因不易被察覺。首先，電纜可能包含接地導(dǎo)線，這會(huì)在走線與其他電纜之間形成一定的隔離。其次，PCB 中的線纜通常遠(yuǎn)離可能引發(fā)串?dāng)_的走線，因此任何串?dāng)_都會(huì)非常微弱。最后，數(shù)字 PCB 中的信號(hào)電平往往過低，無論線纜位置如何，都無法產(chǎn)生強(qiáng)烈的串?dāng)_信號(hào)。

唯一的例外可能出現(xiàn)在極高頻率場景下，例如承載大功率的無線/射頻系統(tǒng)。此類系統(tǒng)中，頻率足夠高且線纜組件內(nèi)的功率可能足以對(duì)鄰近走線產(chǎn)生嚴(yán)重串?dāng)_。采用特殊線纜或連接器組件的射頻系統(tǒng)通常需借助3D 場求解器進(jìn)行仿真，以準(zhǔn)確量化串?dāng)_并判定其何時(shí)會(huì)超出允許限值。