探討高速PCB設計中的串擾分析與控制

武肖飛

【摘要】? ? 高速PCB在設計過程中，需要對傳輸信號串擾問題進行著重的考慮。尤其是在電子產品小型化發展的今天，控制串擾問題十分關鍵。本文首先對高速PUB設計中導致串擾問題的因素進行分析，并在此基礎上，提出控制串擾的建議，希望為相關領域提供借鑒。

【關鍵詞】? ? 高速PCB? ? 串擾? ? 影響因素

引言：自21世紀以來，科學技術實現了飛躍式發展，電子設計的未來發展趨勢，已經變成了小型化和高速化。但PCB電路板尺寸的不斷縮小，必然會提升布線的密度，同時，信號頻率的提高，所帶來的是邊沿更加陡峭。這樣一來，高速PCB在設計時，如何對串擾問題進行控制，成為了急需解決的問題。在此背景下，對高速PCB設計中的串擾分析與控制進行分析，具有十分重要的意義。

一、高速PCB設計中的串擾分析

1.1高速PCB設計中串擾現象的影響因素

引起串擾的因素主要包括兩種，一種是信號傳輸線間的互感;另一種是信號傳輸線間的互容。導線、電纜線和印制線都是信號傳輸線的常見種類。信號從一根傳輸線耦合到另一根傳輸線上就是所謂的串擾。電線號在沿著傳輸線傳輸的過程中，在傳輸線上產生電磁場是不可避免的現象，一旦不同傳輸線的電磁場共同發生作用，串擾現象就會隨之產生[1]。在高速PCB設計中，信號跳變極易引發串擾現象，并且串擾強弱會受到信號變化速度的影響，二者具有正向關聯。

1.2串擾的類別

將成因不同作為依據，可以將串擾劃分為兩類，一類是感性耦合串擾;另一類是容性耦合串擾。接來下，筆者會對這兩類串擾進行簡要分析。1、感性耦合串擾。信號在經過串擾線時，極易受到被信號電流變化所影響，繼而在進入越變區域后，會產生一種具有變化性的時變電磁場，這類電磁場會與噪聲電壓產生感應，并對傳輸線路造成不利影響。2、容性耦合串擾。信號在經過串擾線時，會受到信號邊沿電壓變化的影響，該區域的分布電容會產生時變電磁場，并且這個電磁場籠罩著受害線，故受害線在電磁場的影響下，會產生感應電流，容性偶合串擾現象就此出現。

1.3串擾對高速PCB的影響

現階段，設計人員在設計高速PCB時，經常會受到串擾現象的影響，并且這種現象十分常見，且無法從根源上消除。故設計人員應該采取有效的措施，對串擾進行控制，使信號線的抗串擾能力得到強化。通常情況下，串擾對高速PCB產生的影響體現在以下幾個方面。

1、串擾會增加誤觸發的概率。在高速PCB設計中，串擾會對信號完整性造成嚴重的威脅，因為串擾而導致的數字電路功能偏差十分常見。2、串擾會導致觸發延時。在高速PCB設計中，設計人員會對時序進行著重的考慮，但在串擾的影響下，時序經常出現延時錯誤。

二、高速PCB設計中的串擾控制措施

在高速PCB設計中，串擾是設計人員十分關注的問題，雖然完全消除串擾是不現實的，但是對串擾進行適當的控制，避免其產生過大的影響，從當前技術發展情況來看，還是可以實現的。高速PCB設計由多個部分組成，分別為芯片選擇、PCB布局、電路和原理圖設計，每一部分都可能存在串擾，設計人員需采取有針對性的措施，對串擾進行控制。接下來，筆者會結合自身工作經驗，闡述幾種控制串擾的措施[2]。

2.1控制信號

通過上文分析得知，傳輸信號變換速率直接關系到串擾的控制質量，二者具有正向的關聯，簡言之，傳輸信號變化速率越高，串擾所產生的影響就越為嚴重。故設計人員可以將器件類型選擇作為控制措施，盡量在滿足使用性能的條件下，選擇速度相對較慢的器件。并對同種類信號混合使用的情況進行避免，究其原因，主要是快速信號容易對慢速信號造成影響。此外，還要在設計過程中，對信號傳輸線的阻抗進行把握，確保其阻抗符合控制標準，這樣一來，就可以實現對串擾的有效控制。具體表現為傳輸線近端和遠端的阻抗應該與傳輸線阻抗保持在相同的水平。

2.2屏蔽措施的使用

使用屏蔽措施是控制串擾的重要手段，設計人員在使用屏蔽措施時，需要對底線接地點的間距進行控制，確保接地點距離與設計要求相符，一般情況下，接地點距離應該小于信號變化長度的兩倍。此外，使用地線會導致信號分布電容增加，傳輸線阻抗會隨之提升，信號沿速度逐漸趨于平緩。

2.3在設計過程中控制串擾

高速PCB設計過程中，設計人員應該將敏感電路作為重點保護對象，避免外界干擾信號干擾電路的正常運行，同時也要預防內部噪聲電路和的其他信號線的串擾，重點預防I/O信號線間的串擾。

結論：綜上所述，串擾是高速PCB設計中的常見問題，會對電路造成不利的影響，為了實現對串擾的有效控制，設計人員在進行高速PCB設計過程中，需要采取控制信號、使用屏蔽措施以及保護敏感電路等方法，將串擾發生的概率降至最低，使串擾不會對信號傳輸造成過大的影響。

參? 考? 文? 獻

[1]王淑芬，吳秀龍.基于65nm工藝數字IC物理設計中信號串擾的預防[J].電子技術，2017，39（01）：47-48.

[2]張征平，任震，黃雯瑩.MUX中的信號串擾分析及其分組分層設計[J].華南理工大學學報（自然科學版），2015（12）：10-13.