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信号完整性(SI)电源完整性(PI)学习笔记(十八)传输线的串扰(二)

1.拉普拉斯方程电线的电容,拉普拉斯方程是需要解决的方程: 在这里插入图片描述该微分方程应在具体的边界条件和介质材料条件下求解,空间中每个点的电场都可以通过求解来计算。

2.定义麦克斯韦电容矩阵元素SPICE不同定义的电容矩阵元素。麦克斯韦电容矩阵元素实际上是根据以下公式定义的: 麦克斯韦电容矩阵的对角元素称为负载电容:

这个电容器不是导线和返回路径之间的电容器,也就是参考地之间的电容器,而是导线和返回路径以及所有其他与地面相连的电容器。这个电容器通常比SPICE的对角电容大。

由于导线上的感应电荷为负,而其它导线上的刚硬电荷为负,所以每个非对角元素的值为负。

4.大多数或实际上工程师都想看到SPICE电容矩阵。 SPICE与麦克斯韦相互转换:非对角元素非常相似,但符号不同: 麦克斯韦电容矩阵的对角元素是每条导线的负载电容,SPICE电容矩阵的对角元素是电容器,它只计算信号路径和返回路径之间的耦合。

5.在这两个矩阵中,非对角线元素是信号之间的耦合程度,以及线间耦合边缘场强度的直接测量。间距越大,两条线之间的边缘场电源线越少,耦合程度越小。在两个矩阵中,在两条导线之间添加任何导体都会影响导线之间的电源线,并将其反应到矩阵元素中。

6.(1)每个矩阵元素都与其他导体的存在有关。 (2)当线间距大于线宽的两倍或介质厚度的四倍时,相邻导线的存在SPICE对角线元素的影响很小。 (3)非对角线元素与几何结构等导线的存在有关,如果线间距增大,非对角线元素就会减小。

7.数据体验:当线间距也是5mil耦合电容为0.155pF/in,这大约是对角线元素2.8pF/in如果线间距增加到15%,mil,即使宽的3倍,容性耦合为0.024pF/in,即对角元素0.9%,如果把另一个55mil两者之间加宽导线,外两条导线之间的耦合电容减少到0.016pF/in,即对角元素0.6%。 在两条信号线之间添加一条导线可以减少两者之间的互容性,这是使用防护布线的基本原理。

8.(电路)电感矩阵 当信号沿传输线传输时,电流电路沿信号路径传输,然后立即从返回路径返回。电流电路检测到信号跳转附近的电路电感。

9.对角线元素是信号路径和返回路径之间的电路互感。非对角线元素是两对信号路径和返回路径之间的电路互感。它们的单位是长电感,通常是nH/in。两条导线之间的距离很远,非对角线元素,即电路之间的互感会迅速下降。

10.电容矩阵和电感矩阵结合在一起,包含了一组传输线之间耦合的所有基本信息。

11.当信号沿动态线传输时,互容器和互感器将动态线与静态线连接起来。

12.当信号沿动态线传输时,只存在于信号边缘的特殊空间区域,即存在du/dt或di/dt耦合噪声电流,耦合噪声电流才能流向静态线。除导线外,电流和电压为常数,因此不会出现耦合噪声电流。

13.静态线上的耦合噪声具有以下四个重要性质: (1)瞬时耦合电压的噪声值和电流的噪声值取决于信号的强度。 (2)瞬时耦合电压噪声值和电流噪声值取决于单位长度耦合量,由单位长度互容和单位长度互感测量。 (3)信号传输速度越快,瞬时耦合总电流越大。 (4)令人惊讶的是,信号的上升边缘并不影响总的瞬时耦合噪声电压和电流。(基于耦合区长度大于前沿空间延伸的1/2)

14.耦合面积足够长,使近端噪声饱和。当信号的上升边缘为2时*Td当耦合线饱和时。这个条件是Td它是上升边缘的一半,或者耦合长度是上升空间的一半。称此长度为饱和长度。

对于较短的上升边缘,饱和长度通常是典型的互联长度,因此近端噪声与耦合长度无关。

15.噪声电流一旦从动态线传输到静态线,就会沿静态线传输,引起近端噪声和远端噪声效应。

16.把上升边看成沿动态线移动的电流源,因为只有du/dt电流只有在变化时才会流过互容器,因此容性耦合电流只有在信号前沿存在的区域才会流入静态线。 在静态线上,容性耦合电流回路的方向是从信号路径到返回路径。静态线的信号路径和返回路径是正电压,分别沿两个方向传播。

17.当信号从动态线驱动器输出时,一些容性耦合电流流入静态,其中一半向后流回近端,另一半向前流动。 上升边结束时,近端电流达到最大值。

18.如果信号边缘线性上升,则容性耦合噪声电流为短矩形脉冲,持续时间等于信号的上升边缘。远端容性耦合电流的范围直接与单位长度线的耦合长度成正比,上升边缘越短,远端噪声越大。

19.容性耦合电流正向流动,即从信号路径流到返回路径,因此端接电阻器上的电压也正向。

20.感性耦合电流和容性耦合电流的行为相似,互感器受到动态线di/dt驱动器在静态线上产生电压,然后形成耦合电流。 麦克斯韦方程组可以确定感应电流回路的方向。 一半的感应电流电路在静态线上流向近端,另一半向前传播。 (1)当沿后传输时,静态线上的逆时针电流电路从信号路径到返回路径。这与容性耦合电流的方向相同,因此近端容性噪声电流和感性耦合噪声电流将叠加在一起。 (2)当沿正向传输时,静态线上的逆时针电流电路从返回路径流向信号路径。与容性电流形成相反的电路。因此,当耦合电流流到静态远端的端接电阻时,流经电阻的净电流是容性耦合电流与感性耦合电流的差值。

标签: 电感19nh

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