高频参数基础篇03-串音参数

串音主要分为近端串音和远端串音两大类;它们的峰值定义为,近端串音係数NEXT和远程串音係数FEXT;其中Vin为动态线中信号电压;Vnear和Vfar为静态线上近端和远端测得的串音电压.

03

串音（Xtalk，Cross talk）

计算公式如下(串音—Cross Talk    單位—dB)

一对讯号线传输时的高频电容电感效应与 Impedance匹配效应，产生对相邻讯号线造成的干扰现象。

NEXT(Near End Cross Talk)---近端串音，发生在传输源一端的串音现象

FEXT(Far End Cross Talk)---远端串音，发生在接收一端的串音现象

dB=20 Log(V1/V0)

V1-相邻讯号线检出电压

V0-原讯号源输出电压

两线路之间互相干扰的电磁杂讯，一般会随著频率之昇高而增加。

其量测可以NA或TDR来量测，其计算公式如下：

如果Xtalk数值越趋近于0 dB(or近100%)时，表示杂讯干扰的情况越严重，反之，Xtalk dB数值越大(or近0%)时，表示杂讯干扰的情况越少

实际量测中的串音测试图形

SSN（同步开关噪音）

开关噪音由差分对间的感性耦合引起,当传输线上电流变化时,会在邻近的传输线上耦合出感  应电压,并激起感应电流,对邻近传输线上的信号产生干扰.

解决方式：

由于差分信号的特性,可以激励差分对进入奇模模态,在此模态下, 差分对本身对耦合噪音有很好的抑制作用.另外可以通过对线包铝箔屏蔽来减弱对其他邻近差分对的干扰.

在高频通信中,我们更关心的是串音干扰而不是SSN；串音干扰是相邻传输线对内或对间由于寄生电感,电容耦合产生的噪音；对传输线上的信号影响很大；必须加以控制；否则会引起信号波形的严重失真,导致接收端误判断.

串音产生原理

串音干扰可以从电容电感耦合角度去理解,也可以从差分信号和共模信号分量角度去理解.

耦合角度描述：

当动态线上有信号通过时,在信号的上升延区域(即电压电流变化的区域).由于线对间的互感和互容的耦合作用，在静态线上将感应出电流,由于噪音电流在静态线上每个方向上感受到的阻抗都相同,所以前向和后向的电流量将相等. 其中一半向后流回到近端,产生近端串音;另一半向前流动到远程,产生远程串音.

举例分析串音产生的机理和改善方式

管道裡的水向前流,过程中由于管道孔径或管道有凸起物等诸多因素让水流的速度发生有不稳定的现象,但是当到达终点接收端后,有个稳定的接收后,其输入的水流将达到一个稳定状态,但是在过程中仍有由于遇到障碍而往后流的水流向供水端,这段额外的阻止时间为延时TD,近端串音就是水流从不稳定额外的阻止时间并持续2*TD的时间，如下图解说：

当两条传输线靠近时，互容和互感将增加，从而使NEXT增加）近端串音：

当信号前沿传输了一个饱和长度后,近端的电流将达到一个稳定值；而当动态线上的信号到达远端端接电阻后；就不再有耦合噪音电流,但是静态线上还有后向电流流向静态线的近端,这段额外时间等于时延TD.；近端串音就是耦合电流上升到一个恒定值并持续2*TD,然后下降到0,其中上升时间等于信号的上升时间，如下图解说

远程串音：耦合到静态线上前向传播的噪音,移动速度与动态线上的信号前沿向远端传播的速度相同.在静态线上的每一步,一半噪音电流会迭加在已经存在的沿线噪音上.直到信号前沿到达远端,才有电流出现.即信号达到远端时,远端噪音同时到达.因此远端噪音电流为一个很短的负向脉衝,持续时间等于信号的上升时间TD.近端和远端串音的特徵,决定了远端串音将在高频率段产生很大威胁,而近端串音则在中频率段影响较大.

从差分信号分量和共模信号分量角度描述:

近端串音：

差分信号分量和共模信号分量在差分对上所感受到的阻抗不同,这 一阻抗上的差异将导致,静态线产生近端串音.若阻抗上的这一差异越大则NEXT将越大.

远程串音：

由于共模信号分量和差分信号分量电力线分佈不同,所感受到的有效介电係数不同,导致它们的传播速度不同.差分信号分量将先到达远端,而共模信号分量稍晚点到达远端.它们的差值将导致远程串音,若这一速度差异越大将导致远端串音能量越大,FEXT越大

减小串音的方法；保证线材的均匀性和对称性,使电容均匀稳定是控制串音的基础.减小串音最根本最经济的途径是增加邻近线对间的距离,使它们儘量脱离耦合作用范围.但是实际制程上,这一方式受到线材结构,加工和客户要求的限制；在实际制程允许的情况下,儘量加大邻近线间的距离（如：CAT6的十字隔,排线等结构）.

设计绞距差

当多对线同时开关时,对同一根静态线的串音噪音将会叠加,幅度加大,很可能超出噪音容限.因此,设计不同的绞距（CAT5-6都有使用）,使不同线产生的噪音错位,可以削弱串音的叠加. 但此方法在高频段作用不大,反而会影响线间的延时差.因此,此方式适合中低频,而不适合高频段.

增加屏蔽

屏蔽原理：通过将屏蔽导体中产生感应电流（涡流）接地,吸收串音

能量.没有被吸收的能量将在屏蔽导体和信号线间来回反射最终吸收.

屏蔽效果：

a.铝箔屏蔽：效果受重叠率的影响,通常需要达到25%以上.铝箔包的松与紧对屏蔽影响也很大.

松：易弯曲变形,产生空隙,导致电磁洩露,产生干扰;并使转移阻抗突变,引起反射和衰减问题;还会使差分信号分量和共模信号分量的传播速度差异加大,导致远端串音增加.

紧：容易拉断铝箔,影响生产;太紧会压伤发泡绝缘.引起电容突变.

b.编织屏蔽：外层编织屏蔽效果受到遮蔽率影响,越高越好,但成本也会增.

设计制程关键点﹕

1.绝缘芯线﹑对绞芯线的对称性

2.对绞节距的大小﹑对绞节距的配合

3. 绝缘芯线的偏心﹑椭圆﹑线径不均匀

4.对绞芯线的对称性，2根芯线的放线张力不均及节距不均匀﹔

5. 对绞节距的大小﹕节距减小；串音增大﹔节距增大；串音减小。

6. 对绞节距的配合

串音的秘密

串音干扰由于相邻线间的耦合产生.耦合度越高,串音干扰越大;频率 越高,串音干扰越大;电容稳定性越差,串音越严重;此外,低特性阻抗有利于低串音,绝缘材料介电係数越小,串音越低.只有对理论,制程、加工、成本、规范客户要求整体把握,才能做好线材开发.对于开发工程师而言,需要熟悉制程中的每个细节,不能只局限于理论.

下一集

阻抗（Impedance）

END