中心議題：

• 數(shù)字系統(tǒng)串音由何引起？
• 前向串音的電容特性

解決方案：

• 通過(guò)線(xiàn)路耦合消除

在高頻電路中，串音可能是最難理解和預(yù)測(cè)的，但是，它可以被控制甚至被消除掉。隨著切換速度的加快，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)遇到了一系列難題，例如：信號(hào)反射、延遲衰落、串音、和電磁兼容失效等等。當(dāng)集成電路的切換時(shí)間下降到5納秒或4納秒或更低時(shí)，印刷電路板本身的固有特性開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。不幸的是，這些特性是有害的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該盡量設(shè)法避開(kāi)。在高頻電路中，串音可能是最難理解和預(yù)測(cè)的，但是，它可以被控制甚至被消除掉。

1、串音由何引起？

當(dāng)信號(hào)沿著印刷電路板的布線(xiàn)傳播時(shí)，其電磁波也沿著布線(xiàn)傳播，從集成電路芯片一端傳到線(xiàn)的另一端。在傳播過(guò)程中，由於電磁感應(yīng)，電磁波引起了瞬變的電壓和電流。

電磁波包括隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。在印刷電路板中，實(shí)際上，電磁場(chǎng)并不限制在各種布線(xiàn)內(nèi)，有相當(dāng)一部分的電磁場(chǎng)能量存在於布線(xiàn)之外。所以，如果附近有其它線(xiàn)路，當(dāng)信號(hào)沿一根導(dǎo)線(xiàn)傳播時(shí)，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)將會(huì)影響到其它線(xiàn)路。根據(jù)麥克斯韋爾方程，時(shí)變電及磁場(chǎng)會(huì)使鄰近導(dǎo)產(chǎn)生電壓和電流，因此，信號(hào)傳播過(guò)程中伴隨的電磁場(chǎng)將會(huì)使鄰近線(xiàn)路產(chǎn)生信號(hào)，這樣，就導(dǎo)致了串音。

在印刷電路板中，引起串音的線(xiàn)路通常稱(chēng)為“侵入者”。受串音干擾的線(xiàn)路通常稱(chēng)為“受害者”。在任何“受害者”中的串音信號(hào)都可被分為前向串音信號(hào)和後向串音信號(hào)，這兩種信號(hào)部分地由於電容耦合和電感耦合引起。串音信號(hào)的數(shù)學(xué)描述是非常復(fù)雜的，但是，如同湖面上的高速快艇，前向和後向串音信號(hào)的某些量化特徵還是能被人們所理解。

高速快艇對(duì)水產(chǎn)生兩種影響。首先，快艇在船頭激起浪花，弧形的漣漪好像隨著快艇一起前進(jìn)；其次，當(dāng)快艇行駛一段時(shí)間後，會(huì)在身後留下長(zhǎng)長(zhǎng)的水跡。這很類(lèi)似於信號(hào)通過(guò)“侵入者”時(shí)，“受害者”的反應(yīng)。“受害者”中有兩種串音信號(hào)：位於侵入信號(hào)之前的前向信號(hào)，像船頭的水和漣漪；落後於侵入信號(hào)的後向信號(hào)，像船開(kāi)遠(yuǎn)後仍在湖中的水跡。

2、前向串音的電容特性

前向串音表現(xiàn)為兩種相互關(guān)聯(lián)的特性：容性和感性。“侵入”信號(hào)前進(jìn)時(shí)，在“受害者”中產(chǎn)生與之同相的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的速度與“侵入”信號(hào)相同，但又始終位於“侵入”信號(hào)之前。這意味著串音信號(hào)不會(huì)提前傳播，而是和“侵入”信號(hào)同速并耦合入更多的能量。

由於“侵入”信號(hào)的變化引起串音信號(hào)，所以前向串音脈沖不是單極性的，而是具有正負(fù)兩個(gè)極性。脈沖持續(xù)時(shí)間等於“侵入”信號(hào)的切換時(shí)間。

導(dǎo)線(xiàn)間的耦合電容決定了前向串音脈沖的幅值，而耦合電容是由許多因素決定的，例如印刷電路板的材料，幾何尺寸，線(xiàn)路交叉位置等等。幅值和平行線(xiàn)路間的距離成比例：距離越長(zhǎng)，串音脈沖就越大。然而，串音脈沖幅值有一個(gè)上限，因?yàn)?ldquo;侵入”信號(hào)漸漸地失去了能量，而“受害者”又反過(guò)來(lái)耦合回“侵入者”。前向串音的電感特性

當(dāng)“侵入”信號(hào)傳播時(shí)，它的時(shí)變磁場(chǎng)同樣會(huì)產(chǎn)生串音：具有電感特性的前向串音。但是感性串音和容性串音明顯不同：前向感性串音的極性和前向容性串音的極性相反。這因?yàn)樵谇斑M(jìn)方向，串音的容性部分和感性部分在競(jìng)爭(zhēng)，在相互抵消。實(shí)際上，當(dāng)前向容性和感性串音相等時(shí)，就不存在前向串音。

在許多設(shè)備中，前向串音相當(dāng)小，而後向串音成了主要問(wèn)題，尤其對(duì)於長(zhǎng)條形電路板，因?yàn)殡娙蓠詈显鰪?qiáng)了。但是，在沒(méi)有仿真的前提下，實(shí)際無(wú)法知道感性和容性串音抵消到何種程度。

如果你測(cè)到了前向串音，你就可以根據(jù)其極性判別你的走線(xiàn)是容性耦合還是感性耦合。如果串音極性和“侵入”信號(hào)相同，容性耦合占主要地位，反之，感性耦合占主要地位。在印刷電路板中，通常是感性耦合更強(qiáng)些。

後向串音發(fā)生的物理理和前向串音相同：“侵入”信號(hào)的時(shí)變電場(chǎng)和磁場(chǎng)引起“受害者”中的感性和容性信號(hào)。但是這兩者之間也有所不同。

最大的不同是後向串音信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。因?yàn)榍跋虼艉?ldquo;侵入”信號(hào)的傳播方向及速度相同，所以前向串音的持續(xù)時(shí)間和“侵入”信號(hào)等長(zhǎng)。但是，後向串音和“侵入”信號(hào)反方向傳播，它滯後於“侵入”信號(hào)，并引起一長(zhǎng)串脈沖。

與前向串音不同，後向串音脈沖的幅值與線(xiàn)路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，其脈沖持續(xù)期是“侵入”信號(hào)延遲時(shí)間的兩倍。為什麼呢？假設(shè)你從信號(hào)出發(fā)點(diǎn)觀(guān)察後向串音，當(dāng)“侵入”信號(hào)遠(yuǎn)離出發(fā)點(diǎn)時(shí)，它仍在產(chǎn)生後向脈沖，直到另一個(gè)延遲信號(hào)出現(xiàn)。這樣，後向串音脈沖的整個(gè)持續(xù)時(shí)間