实验七 串音现象

1、懸實驗七串音現象一、原理說明串音(crosstalk)種訊號干擾現象，發生於相鄰佈線訊號間的電磁耦合，然後影響到彼此的訊號大小。主要是兩相鄰導體之間所形成的互感與互容所造成的影響，透過互感或互容將能量轉移至鄰近訊號線上，隨著印刷電路板的繞線佈局密度增加而益顯嚴重，尤其是長距離匯流排的佈局或是頻率成分很高的訊號，更容易發生串音的現象，如圖7.1所示，顯示串音經由電磁耦合將能量傳到鄰近的佈線上造成訊號干擾。CrosstalkNoiseatReceiveroilQuietLine圖7.1串音現象這種經由互感與互容將能量由一個傳輸線耦合到相鄰的傳輸線上，依發生位置可以區分為近端串音(near-endc

2、rosstalk)或逆向串音(backwardcrosstalk)及遠端串音(far-endcrosstalk)或順向串音(forwardcrosstalk)。圖7.2為兩傳輸線發生串音的示意圖及其等效電路圖，兩平行線長度為l，驅動線(Driverline)上傳送一正緣的脈波(positive-goingedge)，假定在x點經由互容Cm及互感Km會在受干擾線(Victimline)上造成不必要的干擾訊號。驅動線在x點透過互容Cm產生一個電流I流到受干擾線上，此電流將分成兩c個大小相等方向相反的電流朝向受干擾線上的兩個端點流走，而驅動線在x點也透過互感Km感應產生一個電流IL流到受干擾線上，此

3、電流在受干擾線之方向因Lenz定律其方向將與驅動線之電流方向相反，因此在受干擾線上將有I/2-Il的電流遠端並且也將有的I/2+Il電流朝向近端。cLcL-V1+DRDnverlnieVictimlinenear-endFfar-end圖7.2兩傳輸線發生串音的示意圖及其等效電路圖已經了解串音的現象後，開始來討論遠端及近端串音大小，圖7.3說明在平行線遠端及近端串音的示意圖，假設在驅動端傳送一正緣脈波，在xl點將因互容及互感而在受干擾線上產生Vbi的電壓朝向近端流動及V的電壓朝向遠端流blfl動，另外在x2點也將產生Vb2的電壓朝向近端流動及Vb2f2的電壓朝向遠端流動。因此累積一段平行線段後

4、，在受干擾線的近端將會有一個極性與驅動端相同且寬度為2Td的脈d波干擾訊號產生，而在受干擾線的遠端在Td的時間一般將d會產生一個極性與驅動端相反且大小與線長及脈波上升時間成正比之脈波干擾訊號，其中Td為兩平行線長的傳輸時d間，圖7.4為遠端及近端串音大小示意圖。Dmerda)R圖7.3平行線遠端及近端串音的示意圖輸入/iKb-VmL2加1I*1逆向近端順向遠端)圖7.4為遠端及近端串音大小示意圖一般受干擾線上因驅動線上電壓V.而產生串音的訊號in大小為V(x,t)二Vb(x,t)+Vf(x,t)其中順向干擾訊號Vf(x,t)為V(x,t)二Kxv(t-Tx)ffdt加o反向干擾訊號Vb(x,t

5、)為b如果兩平線是對稱的線，則順向串音係數Kf(forwardcrosstalkcoefficient)及反向串音係數K(backwardcrosstalkb2Tdcoefficient)分別為Kb-4T+CZmo丿其中C為兩平行傳輸線之間的互容mL為兩平行傳輸線之間的m互感，Z為傳輸線的特性阻抗，Td為傳輸線1長的傳輸延od遲時間及T為單位長度的傳輸延遲時間。o但是若兩平線是非對稱的線，則其順向串音係數Kf(forwardcrosstalkcoefficient)及反向串音係數K(backwardcrosstalkbcoefficient)分別為1-K-21(Lm若在驅動線上之驅動訊號大小(

6、amplitude)為Vm及訊號上升時間(risetime)為Tr，參考圖7.5則其訊號大小表示式為Vi(t)V(f(t)f(tT)inmr上升函數(rampfunction)f(t)二T_u(t)rTr線長1之順向串音大小二KlVmfTrTr2TdTtT+Tddr=0elsewhere所以只有在訊號上升時間或下降時間才會發生串音。而線長1之反向串音大小為V(0,t)=K(V(t)-V(t-2T)圖7.5上升函數TOC o 1-5 h zbbinind=KV(f(t)-f(t-T)-f(t-2T)+f(t-T-2T)bmrdrd反向串音大小為KbV且寬度為2Td之脈波，如圖7.6所示。bmd但

7、是若2TdT及2TdSaveDesign,在開啟的SaveDesign對話視窗中，鍵入檔名“picture後按儲存鍵結束此視窗，並返回Layout視窗中點選功能表中【Insert】CoordinateEntry出現CoordinateEntry視窗請依序鍵入座摽(0,0)按Apply,(2,0)按Apply,(22,-20)按Apply,(72,-20)按Apply,(92,0)按Apply,(94,0)按Apply,最後按OK回Layout視窗完成一條傳輸線先點選Layout視窗中傳輸線後再點選功能表中EditCopy在開啟的SetPasteOrigin視窗中輸入座標(0,0)CopyToB

8、uffer:2冈CopyToBuffer:2冈SetPasteOriginNote:Defaultusesthefirstunconnectedpinorlowerleftcornerofboundingboxasthereferencepoint.DefaultCanceljHelp點選功能表中【EditPaste在Layout視窗中任一位置按滑鼠右鍵，即可貼上口回凶EditSelectViewInsertOptionsTookSchematicMomentumWindowDesignGuideHelpr-FileUndoCtrl+ZCutCtfl+XCopyCtrl+CPasteCtrl+

9、VAdvancedCopyZPasieDeleteDelDeleteAllMoxeRotateCtrl+RMiiforAboutjfSldft+XMinorAboufSfuft+YAdvaiycedRotateEndCommandEscEditInPlaceComponentEditText.Path/Txace/WireTransmissiDnLineScale/OversizeMer,geBooleanLogical.CreateClearance.VertexModitEdge/AreaPort.PioDerties.3）所o|士血兪、scondIl翩pointtrace1=110.56

10、861-3.4000,-33.4000,先點選Layout視窗中貼上之傳輸線後再點選功能表中Edit】【MirrorAboutX】E)Cross_Talking_prjpicture1*(Layout):2在傳輸線任一位置用滑鼠點選一下，即完成Mirror之動作口回冈箇Cross_Talking_jprjpicture1*(Layout):2為了兩條傳輸線相距1.6mm，所以先畫出一條線寬3.2mm的輔助線請點選InsertTrace圖示在Trace對話方塊中點選CornerType為Squre,Width=3.2mm在座標(21.7,-20.7)點下第一點在座標(50.6,0)點下第二點移動

11、第二條傳輸線去緊鄰輔助線點選輔助線，在按鍵盤上Delete鍵完成完成後之Layout圖點選InsertPort圖示依序加入P1,P2,P3,P4在功能表中點選MomentumSimulationS-parameters進入SimulationControl對話視窗設定頻率Start=0GHz,Stop=10GHz,SamplePointsLimit=100,並勾選DataDisplay】中”Opendatadisplaywhensimulationcompletes”後，按【Simulate】鍵因為running非常長所以更改simulation方式在ADS主視窗中點選”NewDesign”開

12、啟新對話視窗5.在開啟的新對話視窗中鍵入【cross_talk】，即會產生一個全新的schematic檔案後，點選0K鍵,即進入schematic視窗NevDesign6.進入TDR_schematicfile視窗，即可開始繪製電路圖7.在TLines-Microstrip元件庫中選取【MSub】元件，並放入視窗中以滑鼠左鍵連續點擊【MSUB1】元件兩下，進入元件的屬性視窗，並一一輸入其參數值，如下圖所示，輸入完後點ParameterEntryModeStandard選0K鍵MicrostripSubstrate:3MSUBInstanceName(namestart:stopj-JJhl5u

13、b1SelectParameterIH=0.72mm072mmEquationEditor.Tune/0pt.Stat/D0ESetup.R?DisplayparameteronschematicComponentOptions.Er=4.5Mur=1ond=6e6Hu=1.0e+033mmT=0.04mmTanD=0.02i-Rough=0mmCondindCondtondZDiePlTdiel”八Diel2=di&Hole尹cd电7|Cut|Pa就&H:SubstratethickriessOKApplyCancelResetHelp在TLines-Microstrip元件庫中選取【MCL

14、IN】元件，並放入視窗中以滑鼠左鍵連續點擊【MCLIN】元件兩下進入元件的屬性視窗，並一一輸入其長度及寬度參數值，如下圖所示，點ParameterEntryModeandReferenceSubst選OK鍵LibraMiciostdpCoupledLines:3MCLIMInstanceName(name)|CLin1SelectFdrameterW=1.4mmS=65milL=50mmTemp=W1=0.0milW2=0.0milW3=0.0milW4=0.0milAddCutPa?teR7DisplayparameteronschematicComponentOptions.|Subst:

15、SubstrateinstanceriameOKApplyCancelResetHelp依下圖完成三條長度及寬度依序為(2500mil,56mil),(750mil,100mil),(750mil,30mil)傳輸線RR3V1,f1/VnearKVfarfthruA/tPulseSRC1Vlow=0VVhigh=1VDelay=0nsecEdge=linear.Rise=Trisensec-Fall=TrisensecWidth=(5-Trise)nsecPeriod=10nsecR4MCLINR=50OhmCLin1Subst=,MSub1HW=1.4mmS=65mil-L=50mmR1R=

16、50OhrRR2R=50Ohm在Sources-TimeDomain元件庫中選取【VtPulse】元件，並放入視窗中。並以滑鼠左鍵連續點擊【VtPulse】元件兩下，進入元件的屬性視窗，並輸入其參數值eBTD耳_prj|TDR_tran?ieiit_l*(Schematic)：2匚|叵|区aFileEditSelectViewInsertOptionsToolsLayoutS迪ulateWindowDynamicLinkDesignGiijjdeHelpSources-TimeDomainVA/_Vsrc宙R=50Ohm+.-tftill.zi：.1I-Select:Enter诞siarlii

17、xgpoint0items:fillwithEdgeShapeBeingLiiie：ir,CosuieorEiicuI在Simulation-Transient元件庫中選取【Tran】即會出現Transient執行引擎元件，並放入視窗中。以滑鼠左鍵連續點擊【Transient元件兩下進入元件的屬性視窗，並一輸入其參數值Transieiit/CoiivolufiDnSimulatiDii:!Transieiit/CoiivolufiDnSimulatiDii:!在工具列中選取【InsertVAR】圖示元件，並放入視窗中。以滑鼠左鍵連續點擊InsertVAR】圖示元件兩下進入元件的屬性視窗15.在

18、InsertVAR屬性視窗中增加變數名稱Trise】及變數值=0.039，按OK鍵回Schematic視窗16.在Schematic視窗中，按工具列中【InsertWire/PinLabel圖示，在開啟的對話視窗中分別鍵入【Vin】,【V_thru】,【V_near】,【V_far】並分別放置於圖中節點中17最後完成之TDR模擬電路圖,如下圖所示十Cr3：R=50OhmVinMthruA/tFufse齊只禽.VloW=DVVhi.ghVDelay-0ris已匚Edge-lin已日rRiseTrisensecFall=TrisensecWidth=(5-Trise)nsec.PeriQd=10n

19、secr?an7Ah.UJvAR1，Trise=Q.O39R4MCLINR=50OhmCLinlfarYRkR1R=50OhnfiJRR2;R=50OhmSubst=,RMSub1W=1.4mmS=65milL=50mmMSubTrsniTRANSIENTMSUB,Trao1,.StgrtTime=O0ns.ecStQpTime=5.DnseCMaxTirrieStep-(Trise/2)nsecLimitStepForTL-yesMSublH=0.72mm.Er=4.5Mur=1Cond=6e6Hu=1.0e+033mmT=0.04mm.TanD=0.02.Rough=0mmIbi11-i按

20、功能表上執行圖示執行|lBIS_CompQnent_Library31芒|黑血|鈿饨陳|剣妙|回|團執行完成會自動顯示出資料顯示(datadisplay)視窗，並會立即開啟”cross_ta視k窗並自動跳出PlotTraces&Attributes視窗請在PlotTraces&Attributes視窗中的DatasetsandEquations點選VI後按卜Add】鍵加至Traces，如下圖所示；按OK】鍵結束視窗，在DataDisplay視窗中將顯示出Vin,V_far,V_near的RectangularPlot圖形點選功能表【Marker】New加入兩個新的Marker,ml及m2Wcr

21、oss_talkpael:0PageOptionsTookHelpDeliaModeOnCtil+Mllllllllll11111lllllw1II111iiiri111T1|1234fH：0oaaAcrosstalk1.2-111I:1111111112iiiiiIII!61.00.20.0-0.2time；ns0.80.60.411獲得近端及遠端Crosstalking分別為V_near=24.66mV及Vfar=-199.4mVT.21.00.8-m2ml0.6-Vfar=-199.4mV0.4-0.20.0354time,ncuhIcrosstalk曰碉fel|dun團FileEdit

22、ViewInsertMarkerPageOptionsTookHelpSicioss_talk*page1;0匚l一El-BeL一AHwe1i1i1111门11111lllll|12341|5E?8|EqnA-0.2mletime=376.3psectime=337.3psecVfar=24.66mV十點選Schematic視窗中功能表FileSaveDesignAs.請在對話視窗中鍵入檔名”cross_talk_l”，按儲存返回Schemati（視窗點擊CLinl兩下進入屬性視窗更改S=5mil,並按OK返回Schemati（視窗0FileEditSelectViewInsertOption

23、sToolsLayoutShnulateWindowDnamicLinkDesignGuideHelpIBIS_Component_Library3I耳凹兰煨曲I飼ht）礙samplesamplei*samplei老74f04I*74f04sample紺sample74f04艇74f04Width=(5-Trise)Period=1Onsecp3T|加；.VAR1RiseTrisensecFall=TrisensecZ?、Vlow=OV(lVhigh=2VXDeIay=OnseprEdge=linearR=500hmh/tPulse-.SRQ1.,Trise=0.039VthruMSUbV-.

24、*R1-R=60OhTrahTraniStartTime=0.0nsecStopTime=5.0nsecMaxTimeStep=(TrlseZ2)nsecLimitStepForTL=yesiirl.+moh4.-6r*.2-RRRVnearHR4*MELIN1R=50OhmCLini-(.(.SubstMSubl11W=1.4mmS=5milL=50mhinsec.TRANSIENTMSiJBMSubl.H=u.72rpm.Er=4.5Muf=1Cond=6e6Hu=1:0e+033mmT=0.04mrnTnD=0.02.Rouqh=0mmCLinl元件已更動S=5milsSCross_Ta

25、lking_jprjcross_talk_l(Schematic):!Select:Enterthestartingpoint0itemswire0.250,-3.125-2.250,-3.750按功能表上執行圖示執行|lBIS_Component_Library31寓副筹|劇曲|釧j嘲璽|執行完成會自動顯示出資料顯示(datadisplay)視窗，並會立即開啟”cross_talk視窗S；cross_talk_lpaige1J:1按【RectangularPlot圖示，加入DataDisplay視窗中，並自動跳出PlotTraces&Attributes視窗請在PlotTraces&Attr

26、ibutes視窗中的DatasetsandEquations點選VI後按卜Add鍵加至Traces，如下圖所示；按OK鍵結束視窗，在DataDisplay視窗中將顯示出Vin,V_far,V_near的InirxRectangularPlot圖形hioss_talk_ljpage叮:1FileEditViewInsertMarkerPageOption?,ToolsHelp旦空眩I剧側剧剣BHMMjjIjjI團crosstalk1耳型|jj国国|创BMjHIIiIIIIII1111111111wIiIilnTnEH扫11234|a1.5-0.5-F一黑匚-v1點選功能表【Marker】New加入兩個新的Marker,ml