串音干擾(2):電容性與電感性耦合

By | 12 10 月, 2017
Part1中筆者已經給串音干擾的成因一個簡單的解釋。耦合的產生需要時變訊號以及互容/互感這兩項成分,耦合機制才會產生。

在上篇已經利用耦合長度來說明時變訊號的耦合。

接續上篇,本篇將介紹互容以及互感的耦合機制,以及何謂近端耦合與遠端耦合。



現在有兩條線,線與線的間距在每個位置上都相等,一條載有時變步階訊號且尾端接等效阻抗負載的傳輸線我們稱為Aggresor line;另一條線稱為Victim line,前後兩端均接上等效阻抗負載,目的是為了杜絕反射的產生,使傳輸線上只有耦合的雜訊,我們會較容易分析。且此兩線之間具有耦合的互容及互感效應。

 

電容性耦合(Capacitive Coupling)
從上述討論我們已知:當Aggressor line上的訊號產生變化時,將會在Victim line產生耦合電流。此耦合電流會分成兩份,一份往靠進訊號端的方向,我們稱之為近端(Near-end);另一份將遠離訊號的方向,我們稱之為遠端(Far-end)。而由於前後端接的阻抗相等,因此這兩份訊號將會相同。

假設傳輸線上每個位置之間的距離相等。在位置1時,訊號產生耦合電流A,且分成兩等份向近端及遠端傳遞;相同地,當訊號傳遞到第2個位置時,耦合電流B一樣會往近端與遠端傳遞,但此時位置1的耦合訊號A已經到達近端負載以及位置2;當訊號傳遞至第3個位置時,原本在位置2的訊號B將傳至位置1,依此類推。

由於訊號在每段時間點的耦合長度一致,因此耦合能量將維持恆定。但因為每個耦合能量來到近端與遠端的時間不一樣,得到的波形特徵自然就不同。

在近端,持續的耦合時間與固定的耦合能量將會得到波形的I區域;步階訊號的上升時間則為II區域。此兩區域的作用時間為2倍的傳輸線延遲(因為訊號有去有回阿!)。至於III區域因為沒有耦合訊號進入,所以電壓慢慢的變為0

 

在遠端,因為耦合電流到達的時間會與輸入訊號一致,因此在經過傳輸線延遲的後,所有的耦合能量會同時間傳遞到負載端,並且作用時間為輸入訊號的上升時間。

 

電感性耦合(Inductive Coupling)
 
電感性耦合的耦合電流與電容性耦合一樣,在Victim line上會分成兩邊,一邊朝向近端負載,另一邊則往遠端負載。與容性耦合較不一樣的是極性的問題。因為電感會因電流方向不同,產生不同的極性,因此會有正負之分。
近端耦合電流會因與輸入訊號電流方向相反而呈正值產生正電壓;遠端耦合電流則會與輸入訊號電流相同產生負電流,且在負載呈現負電壓。

 

因為串音干擾有分成相對訊號源來講是近端與遠端的情況,因此將對近端負載產生的耦合雜訊稱為近端耦合(Near-end Crosstalk);對遠端負載產生的耦合雜訊稱為遠端耦合(Far-end Crosstalk)

 


Reference:

1. Signal Integrity and Power Integrity – Simplified, Eric Bogatin.