如今，各種便攜式計算設(shè)備都應(yīng)用了密集的印刷電路板(PCB)設(shè)計，并使用了多個高速數(shù)字通信協(xié)議，例如 PCIe、USB 和 SATA，這些高速數(shù)字協(xié)議支持高達 Gb 的數(shù)據(jù)吞吐速率并具有數(shù)百毫伏的差分幅度。設(shè)計人員必須小心的規(guī)劃 PCB 的高速串行信號走線，以便盡可能減少線對間串?dāng)_，防止信道傳輸對數(shù)據(jù)造成破壞。

入侵(aggressor)信號與受害(victim)信號出現(xiàn)能量耦合時會產(chǎn)生串?dāng)_，表現(xiàn)為電場或磁場干擾。電場通過信號間的互電容耦合，磁場則通過互感耦合。

方程式(1)和(2)分別是入侵信號對受害信號的感應(yīng)電壓和電流計算公式，方程式(3)和(4)分別是入侵信號和受害信號之間的互電容和互電感計算公式。

圖中文字中英對照

nduced voltage on victim ：受害信號的感應(yīng)電壓

mutual inductance between victim and aggressor ：受害信號和入侵信號間的互電感

transient edge rate of current due to aggressor ：受入侵信號影響的瞬態(tài)電流邊沿速率

induced current on victim ：受害信號的感應(yīng)電流

mutual capacitance between victim aggressor ：受害信號和入侵信號間的互電容

dielectric permittivity ：介電常數(shù)

overlapped conductive area between victim and aggressor ：受害信號和入侵信號間的重疊導(dǎo)電區(qū)域

distance between victim aggressor ：受害信號和入侵信號間的距離

transient edge rate of voltage due to aggressor ：受入侵信號影響的瞬態(tài)電壓邊沿速率

如方程式(1)、(2)、(3)和(4)所示，距離增加時，受害信號和入侵信號之間的電感和電容耦合降低。然而，由于必須滿足便攜計算設(shè)備設(shè)計緊湊的要求，PCB 的尺寸有限，增加線間空隙的難度很大。

微帶線收發(fā)交叉布線和帶狀線收發(fā)非交叉布線的方法可緩解串?dāng)_或耦合問題。

圖1 交叉布線(transmitted pair：發(fā)射對;received pair：接收對)

圖2 非交叉布線(transmitted pair：發(fā)射對;received pair：接收對)

當(dāng)遠端串?dāng)_(FEXT)遠大于近端串?dāng)_(NEXT)時適用交叉模式。相反，當(dāng)近端串?dāng)_遠大于遠端串?dāng)_時適用非交叉布線。近端串?dāng)_表示受害網(wǎng)絡(luò)鄰近入侵信號發(fā)射機而造成的串?dāng)_，遠端串?dāng)_表示受害網(wǎng)絡(luò)鄰近入侵信號接收機而造成的串?dāng)_。通過分析入侵信號和受害信號這兩個緊密耦合信號的 S 參數(shù)與瞬態(tài)響應(yīng)，我們可以對比微帶線和帶狀線的遠端串?dāng)_和近端串?dāng)_。

II. 仿真

圖3 和圖4 分別是 ADS 中的 S 參數(shù)和瞬態(tài)分析仿真模型。圖3 中，100Ω差分阻抗和3 英寸長的受害信號和入侵網(wǎng)絡(luò)信號線對的單模 S 參數(shù)通過數(shù)學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘帜Ｊ?。端? 和端口2 分別表示入侵信號對的輸入和輸出端口，而端口3 和端口4 分別表示受害網(wǎng)絡(luò)信號對的輸入和輸出端口。入侵信號和受害信號的線對間空隙設(shè)置為8 mil(1 倍布線寬度)。

圖 4 中，中間的傳輸線表示受害網(wǎng)絡(luò)信號對，傳輸線兩端均端接電阻。在受害網(wǎng)絡(luò)信號對上方和下方的傳輸線中分別注入具有 30ps 邊沿速率的方波，以作為入侵信號。

圖3：S 參數(shù)仿真模型(coupled pairs：耦合對)

圖4：瞬態(tài)分析仿真模型(coupled pairs：耦合對)

差分 S 參數(shù) Sdd31 表示近端串?dāng)_，Sdd41 表示遠端串?dāng)_。Sdd31 定義為端口3(受害網(wǎng)絡(luò)信號輸入端)感應(yīng)電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)信號輸入端)入射電壓的增益比，而 Sdd41 定義為端口4(受害網(wǎng)絡(luò)信號輸出端)感應(yīng)電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)信號輸入端)入射電壓的增益比。

圖5 和圖6 是耦合微帶線和帶狀線對的仿真 S 參數(shù)。圖5 顯示，Sdd31 低于 Sdd41，表明使用微帶線進行布線的 Sdd41 或遠端串?dāng)_增益高于 Sdd31 或近端串?dāng)_;圖6 顯示，使用帶狀線進行布線的 Sdd31 增益高于 Sdd41。