电子工程师不得不知道的EMC机理--串扰

ruijinxin2022

串扰是信号完整性中最基本的现象之一，在板上走线密度很高时串扰的影响尤其严重。我们知道，线性无缘系统满足叠加定理，如果受害线上有信号的传输，串扰引起的噪声会叠加在受害线上的信号，从而使其信号产生畸变。

图1.串扰使得信号产生畸变

当串扰噪声叠加在受害信号的高低电平上时，会产生幅度噪声或影响眼图高度。当串扰噪声叠加在受害信号的跳变边沿位置时会产生边沿的抖动，进而影响时序或者是眼图宽度。从统计的角度来说，由于干扰源的不确定性，串扰噪声一般会同时影响信号的边沿和幅度。因此，对于串扰来说两个方面的影响都应该考虑。

串扰形成的根源在于耦合。在多导体系统中，导体间通过电场和磁场发生耦合。这种耦合会把信号的一部分能量传递到邻近的导体上，从而形成噪声。耦合的方式主要有两种：1、容性耦合。2、感性耦合。

容性耦合

回忆一下我们所熟悉的平行板电容，两个规则平行板导体，周围充满介质就形成了一个电容器。对于PCB板上的情况，两条走线之间和参考平面之间也会形成电容器，图3中C1表示走线和参考平面之间形成的电容，C2表示两走线之间形成的电容。从电容的角度来看，当一条走线上电压变化时，相当于电容C2两端电压变化，电容C2充电邻近的导体（电容的另一端）上必然也会有电流，串扰随之产生。走线之间的电容与走线之间的间距密切相关，当间距增大时，耦合电容迅速减小，耦合作用急剧减弱。如果在两条走线之间放入另一根走线，这两跳走线之间耦合电容会进一步减小，这种现象正是使用隔离底线抑制串扰的出发点之一。

图2.容性耦合（Capacitive coupling）

感性耦合

如果一条走线上有数字信号传输，在信号电平跳变过程中，即信号处于跳变边沿时，走线上电压不断变化，走线上的电流也不断变化，这样在走线周围产生变化的磁场，而变化的磁场在邻近走线上产生感应电流。这就是感性耦合。同样的拉开PCB板上走线的间距，能明显减小两天线之间的互感耦合。感性耦合机理如图3

图3.感性耦合（Inductive coupling）

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走线密串扰影响比较大
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