探讨有关连接器产生串扰的解决方案

　　1、串扰的产生

　　串扰是指信号在传输通道上传输时，因电磁耦合而对相邻传输线产生的影响。过大的串扰可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。

　　举例说明了工作中的电流环的基本互感耦合。电流离开门电路A，经由信号返回路径X流回源端。由于电流路径X、Y和Z相互重叠，路径X的磁场将在信号路径Y和Z上感应出噪声电压。

　　因为路径Y与路径X的重叠面积大于路径X路径X的重叠面积，所以路径Y上的感应噪声大于路径Z上的感应噪声。事实上，产生互感噪声不需要路径完全重叠，任何两个相邻近的电流环都会相互影响。

　　连接器的引脚之间也会有寄生电容，但在数字电路中，寄生电容引起的串扰要比互感引起的串扰小。现在我们首先重点讨论问题较大的部分：电感。

　　2、互感与串扰

两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

当变化的信号恢复到稳定的直流电平时，耦合信号也就不存在了。因此串扰仅发生在信号跳变的过程当中，并且信号变化得越快，产生的串扰也就越大。串扰可以分为容性耦合串扰和感性耦合串扰。其中，由耦合电容产生的串扰信号在受害网络上可以分成前向串扰和反向串扰Sc，这两个信号极性相同；由耦合电感产生的串扰信号也分成前向串扰和反向串扰Sl，这两个信号极性相反。

互容和互感都与串扰有关，但需要区别考虑。当返回路径是很宽的均匀平面时，如电路板上的大多数耦合传输线，容性耦合电流和感性耦合电流量大致相同。这时要地预测二者的串扰量。如果并行信号的介质是固定的，即带状线的情况，那么，耦合电感和电容引起的前向串扰大致相等，相互抵消，因此只要考虑反向串扰即可。如果并行信号的介质不是固定的，即微带线的情况，耦合电感引起的前向串扰随着并行长度的增大要大于耦合电容引起的前向串扰，因此内层并行信号的串扰要比表层并行信号的串扰小。

　　3、估算串扰

串扰的计算是非常困难的，影响串扰信号幅度有3个主要因素：走线间的耦合程度、走线的间距和走线的端接。

在前向和返回路径上沿微带线走线的电流分布。在走线和平面间（或走线和走线之间）的电流分布是共阻抗的，这将导致因电流扩散而产生的互耦，峰值电流密度位于走线的中心正下方并从走线的两边向地面快速衰减。

　　对于任意信号引脚之间信号串扰的大小，估算一般需要3个条件。

源信号DI/DT的变化率

考虑到两个环路之间的互感，我们要找出坏情况下的串扰，因此以下重点考虑两个直接重叠的环路之间的相互影响，

环路Y内的全部磁能量来自于两个方面：首先是从门电路A流出并沿着信号线传输的电流，其次是沿着地线传输返回信号电流。因此互感公式包括两项，其中的第二项（地线项）大于项：

(式1）

其中：A=信号X到信号Y的距离，IN

B=信号Y到地线的距离，IN

C=信号X到地线的距离，IN

D=连接器引脚的直径，IN

H=连接器的引脚长度，IN

LX、Y=环路X和Y之间的互感，NH

上式中假设连接器是单排的，而且引脚相对较长。即使这些假设不成立，由于对数函数的特性，由上式也很容易得到在一个数量级内的结果，这足以准确地判断连接器的串扰特性是否是一个值得注意的问题。如果连接器的特性关系到系统的性能，那么就买一个连接器并测试它的性能。

下面需要讨论的问题是系统中DI/DT的值，我们采用式（）或式（）来估算DI/DT。

一个条件涉及到噪声接受电路拓扑结构。给出了选择的方案：种情况，驱动器紧靠着连接器连接，这里“紧靠”的意思是驱动器到连接器的距离在一个上升沿的电气长度之内，见式（）。第二种情况，涵盖了其他所有的结构形式，包括源端端接。

在第二种情况对应的结构中，耦合噪声在两个方向上各分一半。在种情况下，耦合进的噪声迅速在低阻抗驱动端反射，使接收端的耦合噪声加倍。

下面的公式给出了由于来自门电路A的单个阶跃输入，环路Y上感应出的噪声脉冲的高度。该脉冲的持续时间与输入脉冲的上升沿时间相当。

　　减缓驱动信号的上升沿时间可以直接减少串扰。在连接器的源端并联电容，可以减小驱动信号的上升时间。如果在接收端放置电容，只会使驱动端信号跳变时流过连接器的冲击电流增加，使情况变得更糟。

　　4、如何通过接地改变返回电流路径

　　下面给出了连接器特性的5个准则，结合式1，可以帮助估算连接器不同的接地排列时的性能。当对一个系统进行计算调整时，这些准则很有效。同时，使用这些准则，当提出不同的变更之后，我们可以预测将会发生什么情况。

　　准则1 ，通过改变接地模式，可以减小特定线路之间的互感。如果将地线移至距离环路X和Y更远的地方，即增大B和C的值，式1中的两项都会增加，互感LX、Y会增大。反之，将地线靠近环路X和Y，将会减小其互感。互感的变化与距离的对数值成正比。

　　准则2 额外增加的地会有更直接的效果。记住式1中第二项（地线项）。由于地线与环路X和Y紧密耦合，地线上的电流对环路Y有很大的影响。如果我们能将地线上的电流分为两半，互感LX、Y几乎会减少一半。

　　通过在信号X上方增加一条地线，把地线上的电流分为两半，电流将分为两部分，分别流经每一条地线。相应地，互感LX、Y也会减小。增加更多的地线将进一步分散地线电流，但是不再像初那样将电流一分为二。

　　准则3 在信号X和Y之间插入地线与在它们之外增加地线有很大的差别。如果我们在X和Y之间增加N条地线，使两者的间距加大，它们之间的耦合随之成比例下降，耦合正比于：

　　准则4 耦合到连接器上任意给定线路噪声来自其他每个线。简单地减少连接器上的信号个数就能减小总的串扰。另一方面，将连接器上的信号分成几组。通过在各组之间插入地线即可减少其相互干扰。分组有效地减少了对特定的接收器产生严重串扰的线路数量，串扰基本上与地线之间的信号线数目成正比。

　　准则5 在连接器边沿增加额外的地线减少串扰几乎不起作用，在连接器边沿采用大的接地效果也一样。