PCB串扰是如何产生的?

做硬件的小伙伴应该都遇到过串扰的问题,可能一些要求不高的场合,串扰对我们的各种信号影响不大(产品还能正常工作),但有些场合对串扰非常敏感。

今天就为大家分享一下串扰的内容。

1什么是串扰

串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 

串扰是由于线路之间的耦合引发的信号和噪声等的传播,也称为“串音干扰”。特别是“串音”在模拟通讯时代是字如其意、一目了然的表达。两根线(也包括PCB的薄膜布线)独立的情况下,相互间应该不会有电气信号和噪声等的影响,但尤其是两根线平行的情况下,会因存在于线间的杂散(寄生)电容和互感而引发干扰。所以, 串扰也可以理解为感应噪声

2串扰是如何产生的?

线间耦合有杂散(寄生)电容引发的电容(静电)耦合和互感引发的电感(电磁)耦合。这些耦合现象会引发干扰。下图为每种耦合的示意图以及最简化的等效电路。

PCB串扰是如何产生的?的图1

上图中用公式给出了将两者从噪声源的布线模式1到附近的布线模式2所产生的噪声电压Vn。R为电阻,C为电容,M为互感,Vs为噪声源电压,Is为噪声源电流。

在这里请记住,平行的布线间会发生串扰。顺便提一下,如果布线是正交结构,则杂散电容和互感都会显著减少。

3串扰的危害

串扰可能是数据进行高速传输中最重要的一个影响因素了,它是一个信号对另外一个信号耦合所产生的一种不受欢迎的能量值。

根据麦克斯韦定律,只要有电流的存在,就会有磁场存在,磁场之间的干扰就是串扰的来源。这个感应信号可能会导致数据传输的丢失和传输错误。所以串扰对于综合布线来说,无疑是个最厉害的天敌。

4降低串扰的措施

1、增加信号路径之间的间距;

2、用平面作为返回路径;
3、使耦合长度尽量短;
4、在带状线层布线;
5、减小信号路径的特性阻抗;
6、使用介电常数较低的叠层;
7、在封装和接插件中不要共用返回引脚;
8、使用两端和整条线上有短路过孔的防护布线。

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