串扰的仿真分析

在实际的设计中，板层特性(如厚度，介质常数等)以及线长、线宽、线距、信号的上升时间等都会对串扰有所影响。

下面结合使用Mentor Graphie公司的信号完整性仿真软件Hyperlynx，对上述的影响串扰的因素进行分析。

首先在Hyperlynx中建立两线串扰的模型，如图4所示，设两线的线宽为5 mil，线长为6 in，线距为5 mil，两线均为顶层微带线，特性阻抗为49．5Ω，两线都端接50Ω的电阻，以消除反射的影响。

干扰线的驱动器采用CMOS工艺器件的IBIS模型，电压为3．3 V，频率为100 MHz。PCB的介电常数为4．3，六层板，其叠层结构如图5所示。

图4：两线串扰模型

图5：PCB叠层结构

1耦合长度对串扰的影响

改变两线的耦合长度，分别将耦合长度设置为3 in，6 in，10 in，其他设置不变。

图6(a)是耦合长度为3 in的串扰波形，其中近端串扰峰值为126．34 mV，远端为43．01 mV；图6(b)是耦合长度为6 in的串扰波形，其近端串扰峰值为153．23 mV，远端为99．46 mV；图6(c)是耦合长度为10 in的串扰波形，其近端串扰峰值为153．23 mV，远端为163．98 mV。

由此可见，对于远端串扰峰值与耦合长度成正比，耦合长度越长，串扰越大；而对于近端串扰，当耦合长度小于饱和长度时，串扰将随着耦合长度的增加而增加，但是当耦合长度大于饱和长度时，近端串扰值将为一个稳定值。

图6：不同耦合长度的仿真结果

2线间距对串扰的影响

以下是保持其他设置不变，考察线间距的改变对串扰的影响。分别设置线距为5 mil，15 mil，仿真波形如图7所示。

图7：不同线间距的仿真结果

由图7可知，当线间距为5 mil时，近段串扰峰值为153．23 mV，远端为99．46 mV；而线间距为15 mil时，近端串扰峰值为33．40 mV，远端为40．49 mV。

可见随着线间距的增大，无论是近端还是远端串扰都将减小，当线间距大于等于线宽的3倍时，串扰已经很小。

3上升时间对串扰的影响

下面考察上升沿时间的变化对串扰的影响，其他设置保持不变。分别设置驱动器为CMOS 3．3 V MEDI—UM；CMOS 3．3 V FAST；CMOS 3．3 V ULTRA—FAST，仿真波形如图8所示。

图8：不同驱动器设置的仿真结果

图8(a)中的近端串扰峰值为153．9 mV，远端串扰为46．3 mV；图8(b)中近端串扰峰值为153．2 mV，远端串扰为99．5 mV；图8(c)中近段串扰峰值为153．2 mV，远端串扰为349．9 mV。

可见，当上升沿时间缩短时，远端串扰噪声越来越大。

对于近端串扰来说，如果与传输线的时延相比，上升时间较短，则近端串扰与上升时间无关；而如果与传输线时迟相比，上升时间较长，则近端串扰噪声与上升时间有关(随着上升沿时间的减小，近端串扰变大)。

4介质层厚度对串扰的影响

在PCB的叠层编辑器中将介质层厚度分别设置为3 mil和6 mil，其他设置不变，仿真波形如图9所示。

图9：不同介质层厚度的仿真结果

考察以上的仿真波形可知，当介质层厚度为3 mil时，近端串扰峰值为153．2 mV，远端串扰为99．5 mV；当介质层厚度为6 mil时，近端串扰峰值为277．3 mV，远端串扰为163．9 mV。

可见，随着介质层厚度的减小，串扰也将变小。