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      紧耦合还是松耦合

      来源:一博自媒体 时间:2015-8-12 类别:微信自媒体

      作者:王萍     一博科技高速先生团队成员

      PCB设计初期,确定差分信号线宽间距时,我们会面对这么个选择:相同的阻抗管控,对应着不同的线宽间距,4mil/4mil,5mil/8mil或6mil/16mil......其中间距大的我们叫松耦合,间距小的就叫紧耦合。遇到这种情况我们该如何选择呢?如果我是设计工程师我就选紧耦合,因为占用的空间小啊,布线容易啊。作为高速先生我就要分析一下松紧耦合的优缺点了,因为凡事有利就有弊。


      首先从反射的角度来分析,反射最主要的切入点就是阻抗。耦合的松紧会影响传输线的各种阻抗参数,下表显示了微带线介质厚度为3.8mil,介电系数为4.5,铜厚1.2mil时,差分阻抗保持在100欧姆,不同线间距对传输线阻抗的影响。其中Zse为附近没有其他传输线时的单端阻抗。





      从表中可以看到虽然差分阻抗都相同,但共模阻抗相差较大,耦合越紧共模阻抗越大,我们知道理想的共模端接是25欧姆,所以紧耦合的共模反射肯定要比松耦合大。还有信号出pin时,是从无耦合区域进入耦合区域,先感受到单根阻抗,再耦合阻抗,在这种情况下,紧耦合两部分阻抗差也比松耦合大,反射也会越严重。下面我们就仿真验证一下,我们用case1,case2,case4的线宽间距来搭建链路,无耦合区域长度为30mil,耦合区域为2000mil。





      差分回波损耗和共模回波损耗分别对比如下:
      (红:case1;蓝色:case2;玫红:case4):



      ?

      插入损耗对比(红:case1;蓝色:case2;玫红:case4):


      仿真结果证明了紧耦合的反射确实比松耦合严重,并导致了插损也更差一些。


      再从串扰来分析一下。都说紧耦合抗干扰能力强,事实是否如此呢?同样用case1,case2,case4的线宽间距来搭建链路,攻击线是单根信号,距离差分对10mil,阻抗50ohm,加了上升沿是100ps的1v阶跃信号。


      差分噪声(红:case1;蓝色:case2;玫红:case4):



      仿真结果显示紧耦合的差分噪声确实要小些哦,那共模噪声呢?

      ?

      共模噪声(红:case1;蓝色:case2;玫红:case4):



      结果相反哦,松耦合抗共模噪声的能力更强些。为什么呢?耦合越紧,干扰源对两根信号的串扰就越接近,我们知道差分信号是两信号相减,串扰越接近的话抵消的就越多,得到的差分噪声就越小。但共模信号是两根信号串扰电压的平均值,是相加,所以紧耦合比之松耦合会加剧共模噪声。


      另外松耦合的线宽较紧耦合宽,导体损耗相对小,在长距离的高速信号传输时一般都会建议采用5mil以上的线宽。


      大家有没有注意到SFP+协议中,除了要求差分阻抗达到100ohm,还对耦合程度有个7%的要求。



      我们计算对比一下松紧耦合的耦合率有什么不同。

      Case

      线宽/间距

      Zdiff

      Zcomm

      Coupling

      1

      4/4

      100.49

      36.13

      17.9707

      2

      5.3/8

      100.2

      29.32

      7.853596

      3

      5.7/12

      100.22

      27.46

      4.579644

      4

      5.9/16

      100.16

      26.59

      3.002131

      从表中看出,规范更推荐相对的松耦合。


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