高速PCB板设计技术十二

3. 色度亮度干扰

干扰（Crosstalk）是一种不希望产生的电路中的耦合信号。它可能是电容性的，也可能是电感性的，遵守下面的规则可以控制干扰。

3.1 电容性干扰

电容性干扰指的是信号线之间产生的电容性质的信号耦合。如果两条信号线靠得太近，就可能产生这样的干扰。

图 31 的电路表示了两条信号线，分别被称为噪声源和噪声接受者。由于线间有电容，噪声源的噪声会耦合到噪声接受者上。这一现象由噪声接受者被注入电流体现出来。在传输线中，电流在两个方向都碰到 0 Z ，并向两个方向传播，直到损耗在源或者负载为止。

因此而产生的电压毛刺（voltage spike）是由 0 Z 决定的。当电流脉冲到达Zs和 L Z 的时候都会在阻抗上损耗， 损耗的电压与阻抗成比例。 如果阻抗与源或者负载不匹配，反射就会产生。如果负载没有终端，通过 L Z 的电压毛刺可能非常严重。负载加终端可以有效减小下一个设备会接收到的电压噪声。

电容性干扰也可以用分离电路的方法减小。信号线距离越远，电容越小，干扰越小。由于板面空间会限制两条信号线之间的距离不可能太远。 另一个解决方案是在两条相邻的信号线之间加入一条地线。如图 32.这样信号与地线耦合，而不是与相邻的那条信号线耦合。

注意，地线必须接实地。如果它只接着电路终端（trace ends）的地线平面，电路会有相对较大的阻抗。一个良好的接地，地线应该用通孔（tap）连接地平面，tap 间距为最高频率信号成分波长的 1/4。

波长是信号一个周期传播的距离，或者是：

3.2 电感性干扰

电感性干扰可以被看作是一个多余的变压器（transformer）的初级线圈和次级线圈产生的耦合信号（图 33） 。变压器的线圈是PCB板子上（或者系统里的）电流回路。这线圈可能是由于不恰当的设计人为造成的(图34a)， 也可能是信号线与信号回路组合自然造成的。（图34b） 。人为造成的线圈时常难以定位，但是可以被排除（图 34c）。

耦合给负载的多余的信号的大小依赖于线圈的大概尺寸，也依赖于被影响负载的阻抗。线圈尺寸越大，越紧密，传输的能量就越大。在次级线圈，负载端看到的信号随着负载阻抗的增大而增大。

3.2.1 线圈的尺寸和紧密程度

线圈的电感系数 L 随着线圈的大小增大而增大。当两个线圈互相作用，一个会产生初级电感（LP） ，另一个会产生次级电感（LS） ，如图 33b。由于信号线并不是有意设计成为变压器的，所以耦合很松散；但是仍然会对次级线圈产生干扰。

如果两条信号线的部分回路是一致的（coincide） ，产生的线圈可能造成自感变压器（auto-transformer）如图 35a, c。上面我们讨论过的 VME-背板就是这样一个例子。保证每条信号有自己的回路可以使这种干扰消除。

3.2.2 负载阻抗

如果认为感性干扰是由形成线圈的环路产生的，解决的办法是将环路打开。很不幸，这样的环路很难定位。如果干扰是由于信号/信号回路线自然形成的，这样的环路是不能打开的。但是，减小负载阻抗可以将干扰减小。图 36 表示一个简化的带负载的次级“自然”环路设计方案。这里Zs是次级环路的固有阻抗。注意串联电流Is。因为阻抗是串联的，Is在环路中处处相等。Is一定，电压在最大的阻抗上降低得最多。在没有终端的线上，通常就是线上最终那个阻抗。如：在接收设备的输入端。

在输入端最不希望有大噪声，输入端期望最小的噪声。如果最大的信号经过最大的阻抗产生，通过在信号线接收端终端（terminating）可以减小输入端的产生的信号：将Rin减小到Rt。 Rt 通常在 30 到150 欧姆之间。Rin被减小了起码两个数量级。Rin上降低的电压也相应减小。降低的具体值很难预计，因为它还依赖于Zs，而Zs是很难预计的。但是Rin减小几个数量级会有明显效果的。

3.3 干扰解决方法总结

下面的步骤总结了减小干扰的方法。

1.  电容性和电感性干扰都随着负载阻抗的增大而增大。所以，所有可能产生干扰干扰的线都应该为线阻抗（line impedance）做终端(terminated)。

2.  将信号线分离，可以减小两条信号线产生的电容耦合能量的大小。

3.  电容性耦合可以通过用地线隔离的方法减小。为了起到良好效果，地线应该每隔λ/4英寸就与地平面连接。

4.  对电感性干扰，尽量减小环路大小。尽可能消除环路。

5.  对电感性干扰，避免出现共用信号回路的情况。