信号完整性设计规则之串扰最小化

本文内容从《信号完整性与电源完整性分析》整理而来，加入了自己的理解，如有错误，欢迎批评指正。

1. 对于微带线和带状线，保持相邻信号路径的间距至少为线宽的2倍。

减小串扰的一种方式就是增大线间距，使线间距等于线宽的2倍（即著名的2W原则），可以保证最坏情况下串扰小于5%。

2. 使返回路径中的信号可能经过的突变最小化。

3. 若在返回路径中必须跨越间隙，则只能使用差分对，不能让离得很近的单端信号跨越间隙。

如果单端信号遇到的间隙很宽，那么它将感受到一个颠覆性的突变，这是一个大的电感性突变。为了使传输的信号能跨越返回路径中的间隙并维持可接受的性能，一种可选方案就是用 差分对，使用紧耦合的差分对是在返回平面很差的区域传输宽带信号的一种途径。

4. 对于表层走线而言，使耦合长度尽可能短，并使用厚的阻焊层以减小远端串扰。

远端串扰FEXT计算公式如下：

 耦合长度越短，TD越小，进而FEXT越小。

其中，v*kf只与耦合线的横截面特性有关，它随线间距的变化而变化，见下图。

 上图说明线间距越大，v*kf绝对值越小，进而FEXT越小。

v*kf也随走线上介质厚度的变化而变化，见下图。

 上图说明随着介质厚度增加，远端噪声开始减少并经过零点，接着它变为正值，最后又下降并接近零点。但需注意，表层走线上加介质也会使近端串扰增加，并使传输线的特性阻抗减小。

5. 若远端串扰很严重且耦合长度很长，采用带状线布线。

常将敏感线布成带状线，远端噪声是最小的。

6. 若耦合长度大于饱和长度，则不必考虑减小耦合长度，因为减小耦合长度对近端串扰没有任何改善。

改善近端串扰只能通过增大线间距来实现。

疑问点：

已经知道，当耦合长度大于饱和长度，噪声电压将达到一个稳定值NEXT，当耦合长度小于饱和长度，噪声电压峰值将小于NEXT（近端噪声系数=NEXT*耦合长度/饱和长度）按此说法，减小耦合长度使其小于饱和长度是可以改善近端串扰的，但为什么不行呢？有大神知道不？

 7. 尽可能使用介电常数最小的叠层介质材料，这样做可以在给定特性阻抗的情况下，使信号路径与返回路径之间的介质厚度保持最小。

假设h<<w，平面间特性阻抗Z0计算公式如下：

 其中，

h表示平面间的介质厚度

w表示平面的宽度

εr为平面间材料的介电常数

减小相邻平面间阻抗最重要的方法是尽量减小平面间介质的厚度h，这不仅使得平面间的阻抗最小，而且使两平面紧密耦合。在给定特定阻抗的情况下，εr越小时，介质厚度h也越小。

8. 使封装或连接件的返回路径尽量宽、短，就能减少地弹。

返回路径上产生的电压为地弹( dì tán)ground bounce，地弹电压将为：

 

为了最小化地弹电压，只有两条路径：

1) 尽可能减小回路电流的变化即，这意味着降低边沿变化率并限制共用返回路径的信号数量，这在实际中很少使用。

2) 尽可能减小Lb-Lab，即减小支路的局部自感Lb或增大支路间的局部互感Lab，减小局部自感意味着使返回路径尽可能短（即减小Lb）和宽（即使用平面，因为电流分布较分散，Lb越小），增大互感意味着将第一条支路a与其返回路径（支路b）尽可能地靠近。

 9. 尽量使用CSP封装而不使用更大的封装。

影响回路互感的最主要因素是回路长度。减小回路长度，互感也会减小。减小了互感，也就减小了开关噪声。

10. 使电源平面和返回平面尽量接近，可以减小电源返回路径的地弹噪声。

即增大互感Lab，见第8条。

11. 在可接受范围内使信号路径与返回路径尽量接近，并保持与系统阻抗匹配，可以减小信号返回路径中的地弹。

即增大互感Lab，见第8条。

12. 避免在连接件和封装中共用返回路径。

当信号经过接插件且多个信号共用的返回路径是一个引脚而不是一个平面时，感性耦合噪声要比容性耦合噪声大的多。

当感性耦合噪声（即耦合电感即互感产生的）处于主导地位时，通常把这种串扰归为开关噪声、ΔI噪声、dI-dt噪声、地弹、同时开关噪声SSN或者同时开关输出SSO噪声。

13. 若信号改变了参考平面， 则参考平面应尽量靠近信号平面，若使用去耦电容减小返回路径的阻抗，那么电容值并不是最重要的，关键是选取具有最低回路电感的电容。

即使驱动器连接在信号路径和底平面上，驱动器受到的阻抗也主要由信号路径和与它最近平面构成的传输线的阻抗决定。

电流的分布总是趋向于减小信号路径-返回路径的回路阻抗，即回路阻抗最小（即平面特性阻抗最小，即减小平面间介质厚度，见第7条），回路电感最低（即La+Lb-2Lab最低，因两平面越靠近，Lab越大，也即减小平面间介质厚度）。

在两个平面之间并接一个低回路电感的去耦电容，能为返回电流从一个平面流到另一个平面提供也一条低阻抗路径，有助于减小返回路径的阻抗。

14. 若有大量信号线切换参考平面，就要使这些信号线的过孔彼此之间尽量远离，而不是使其集中在同一个地方。

增大相邻切换过孔的距离，以免在初始瞬间当返回路径的阻抗很高时，返回电流叠加在一起形成很大的地弹噪声。

15. 若信号切换参考平面，并且这些平面之间具有相同的电压，则在返回平面之间打上过孔，并将过孔与信号线过孔尽量靠近。

让最相邻的参考平面具有相同的电压并使它们在靠近信号过孔处短接，通常是最佳的设计准则。

若两平面具有相同的电位，并有过孔将它们短接，则返回电流就会走这条低阻抗路径，不会造成很大的阻抗突变，也就不会有很大的地弹噪声。