理论基础当两个电路彼此靠近时,由于电路之间的电容性(电场)和电感性(磁场)耦合,在一个电路中传播的信号将在另一个电路中感应出信号。
这种现象称为串扰。
基本模型如图1所示。
图1微带PCB原理图两条微带线之间的距离为s,接地平面(信号返回平面)之间的距离为d。
第一迹线(发送端)连接到振幅为VS且内部电阻为RS的可变电压源,并以电阻为RL的负载电阻器端接。
对于第二条走线(接收端),近端和远端分别连接到电阻值为RNE和RFE的负载电阻器。
图2显示了上述电路布置的模型。
图2微带PCB电路模型发送端线上的交流电IG会产生磁场。
由磁场引起的磁通量穿透两个导体的回路之间,从而在接收电路中感应出电压。
我们通过互感LGR对此进行建模,如图3所示。
类似于图3的电感耦合电路模型,发射端线的交流电压VG在接收端线上产生电场,从而在输入端感应出电流。
接收器电路。
我们通过互电容CGR对此进行建模,如图4所示。
图4的电容耦合电路模型的两个耦合机制的叠加可以等效于图5所示的电路。
图5接收器电路模型为叠加,并且近端和远端电压由以下公式给出:(1a)(1b)在假设线路在VS(t)的最高有效频率分量处短路的情况下,发射端电压和电流基本恒定。
可以得出结论,(2a)(2b),(3a)(3b),因此,根据上式我们知道,为了使串扰最小,我们可以减少:1)源信号Vs的变化,2)电感耦合LGR,或3)电容耦合CGR。
二,验证结果为了验证以上结论,我们进行了以下实验,实验布局如图6所示。
图6实验布局图7显示了具有不同电路拓扑的PCB。
图7具有不同电路拓扑的PCB研究三种不同的电路拓扑,如表1所述。
表1电路拓扑图8至10显示了发射器(干扰源)处的信号以及在电路板上感应的近端和远端电压。
接收器(敏感源)上的信号线。
信号源的开路电压为1Vpp,梯形脉冲信号为1MHz,上升时间为100ns,下降时间为200ns,占空比为50%。
我们在场景1中进行以下观察,如图8所示。
图8串扰感应电压方案1对于近端感应电压,由于上升时间是下降时间的两倍,根据公式3a,感应电压应相差两倍,且实际测量结果与理论相符。
我们还注意到这两个电压的极性相反,这也可以从公式3a得出。
可以对远程感应电压进行类似的观察。
此外,由于近端电压的耦合系数(请参见公式3a)为正,因此上升期间的感应电压也为正。
远端电压在上升时间内为负,表明电感耦合是相对于电容耦合的主要耦合方法(见公式3b)。
解决方案2:使接地层靠近线路,同时保持线路之间的距离不变,这主要减少了感应耦合,并导致感应电压的幅度减小。
实际测量结果如图9所示。
图9串扰感应电压情况2情况3描述了情况2与地平面的距离不变,但线之间的距离增加了。
如图10所示,这主要减少了电容耦合,并进一步降低了感应电压。
图10串扰引起的电压情况3串扰不仅影响信号完整性,而且增加了电磁兼容性的风险。
因此,您必须在PCB设计过程中始终注意关键的信号布线方法,以免产生额外的噪声串扰。