【導(dǎo)讀】在設(shè)計初期,確定差分信號線寬間距時,我們會面對這么個選擇:相同的阻抗管控,對應(yīng)著不同的線寬間距,4mil/4mil,5mil/8mil或6mil/16mil......其中間距大的我們叫松耦合,間距小的就叫緊耦合。遇到這種情況我們該如何選擇呢?
在設(shè)計初期,確定差分信號線寬間距時,我們會面對這么個選擇:相同的阻抗管控,對應(yīng)著不同的線寬間距,4mil/4mil,5mil/8mil或6mil/16mil......其中間距大的我們叫松耦合,間距小的就叫緊耦合。遇到這種情況我們該如何選擇呢?如果我是設(shè)計工程師我就選緊耦合,因為占用的空間小啊,布線容易啊。作為高速先生我就要分析一下松緊耦合的優(yōu)缺點了,因為凡事有利就有弊。
首先從反射的角度來分析,反射最主要的切入點就是阻抗。耦合的松緊會影響傳輸線的各種阻抗參數(shù),下表顯示了微帶線介質(zhì)厚度為3.8mil,介電系數(shù)為4.5,銅厚1.2mil時,差分阻抗保持在100歐姆,不同線間距對傳輸線阻抗的影響。其中Zse為附近沒有其他傳輸線時的單端阻抗。
從表中可以看到雖然差分阻抗都相同,但共模阻抗相差較大,耦合越緊共模阻抗越大,我們知道理想的共模端接是25歐姆,所以緊耦合的共模反射肯定要比松耦合大。還有信號出pin時,是從無耦合區(qū)域進入耦合區(qū)域,先感受到單根阻抗,再耦合阻抗,在這種情況下,緊耦合兩部分阻抗差也比松耦合大,反射也會越嚴(yán)重。下面我們就仿真驗證一下,我們用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,無耦合區(qū)域長度為30mil,耦合區(qū)域為2000mil。
插入損耗對比(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
仿真結(jié)果證明了緊耦合的反射確實比松耦合嚴(yán)重,并導(dǎo)致了插損也更差一些。
再從串?dāng)_來分析一下。都說緊耦合抗干擾能力強,事實是否如此呢?同樣用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,攻擊線是單根信號,距離差分對10mil,阻抗50ohm,加了上升沿是100ps的1v階躍信號。
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差分噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
仿真結(jié)果顯示緊耦合的差分噪聲確實要小些哦,那共模噪聲呢?
共模噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
結(jié)果相反哦,松耦合抗共模噪聲的能力更強些。為什么呢?耦合越緊,干擾源對兩根信號的串?dāng)_就越接近,我們知道差分信號是兩信號相減,串?dāng)_越接近的話抵消的就越多,得到的差分噪聲就越小。但共模信號是兩根信號串?dāng)_電壓的平均值,是相加,所以緊耦合比之松耦合會加劇共模噪聲。
另外松耦合的線寬較緊耦合寬,導(dǎo)體損耗相對小,在長距離的高速信號傳輸時一般都會建議采用5mil以上的線寬。
大家有沒有注意到SFP+協(xié)議中,除了要求差分阻抗達(dá)到100ohm,還對耦合程度有個7%的要求。
從表中看出,規(guī)范更推薦相對的松耦合。