HyperLynx（七）微带线串扰的仿真

串扰的仿真
串扰的仿真姑且可以分为两种情况：一种是单纯的定性分析；另一种是定量分析。对于学习和理论研究部可以采用定性分析，如果是实际项目就尽量采用定量分析。之所以这样区分，是因为在两种分析采用的拓扑结构稍有差异。定性分析时，尽量保证单一变量的变化，才能找到变量与串扰之间的关系；定量分析则要尽量保证与实际的设计一样。

1.串扰仿真拓扑结构
在高速、高密度电子产品的设计中，串扰对产品的影响日趋严重。在PCB设计的前后都需要对传输线进行串扰的仿真。在前仿真时就需要考虑串扰仿真结构的建模，根据项目的实际情况，预测将要使用的布线结构，然后对这些结构进行仿真。

从PCB 设计来看，串扰的仿真拓扑结构大致有单一攻击网络的结构、两个攻击网络的结构、多个攻击网络的结构、相邻层攻击网络的结构、加防护地的结构等。
下面主要介绍使用单一攻击网络的结构。
如图所示分别是单一攻击网络的串扰仿真拓扑结构和两个攻击网络的串扰仿真拓扑结构。

单一攻击网络串扰仿真拓扑结构

两个攻击网络的串扰仿真模型拓扑结构

很多工程师在进行PCB设计时，都想着要把各类信号线布得非常整齐且平行，当然，这样的设计看着就会非常舒服，但这时一定要注意一个潜在的问题，就是串扰的存在。前面在讲串扰概念时，说到串扰就是传输线之间的电磁耦合造成的，平行线之间的耦合面积相对来讲是最大的，耦合的距离越长，耦合的相对面积也会越大。那么耦合长度对串扰有哪些影响?接下来就通过一个案例，对串扰与耦合长度做一些定性的分析。
在进行这类定性分析时，尽量保证只有单一变量的参数在变化，仿真的拓扑结构如图所示，传输线为微带线，单端阻抗都约为 50Ω。

耦合长度与串扰的仿真拓扑结构

搭建好仿真拓扑结构后，在工具栏上单击扫描参数仿真按钮，弹出如图所示：
编辑耦合长度的的扫描范围，长度为0.5~6inch，步长为0.5inch，软件自动计算出仿真的次数为12次。

设置完成之后点击确认按钮，再点击运行仿真按钮，在示波器界面。操作选择为标准的（Standard），仿真的激励选择为边沿（Edge）和上升沿（Rising edge），观察电阻R3和R4的波形，其他项保持默认，具体设置如图所示：

设置完成之后，单击开始扫描按钮，得到如图仿真波形。

从仿真波形和量测的数据分析，近端串扰随着长度的增加趋于稳定，而远端串扰越来越大。对比各个长度对应的近端串扰，耦合长度在5.5inch~6inch时，串扰值相同，且最大。为79.62mV，这说明饱和长度在5.5inch-6inch时，所以为了得到比较精确的串扰饱和长度，需要缩小仿真的范围，范围为5.5inch-6inch，步长设置成0.1inch，再进行一次仿真得到的波形如图所示：

对比近端串扰的最大值，当耦合长度为5.3inch时达到79.62mV，可以确定耦合长度为5.3inch时串扰达到饱和临界值，那么 此长度为串扰的饱和长度。，当然，追求更精确的结果还可以再缩小步长进一步的扫描。
从以上仿真分析可以看到，当叠层和信号确定之后，在串扰饱和长度之内，尽量缩短传输线的耦合长度可以有效的减小串扰。

2.传输线的间距对串扰的影响
现在很多工程师在做PCB设计时，都会记住一些经验法则，这些经验法则并不是万能的，都是在一定条件下才能使用的，如传输线与传输线之间的距离要保持在3倍线宽以上，很显然，在一些高密度板的设计中，肯定是无法满足足3倍线宽的间距，很多时候设计都在1倍线宽左右。具体多大的间距才能既满足设计要求，又能解决布线空间问题，就需要通过实际的仿真获得设计指导值。如图所示为传输线间距对串扰的影响定性分析的仿真拓扑结构，传输线为微带线，单端阻抗都约为50Ω。

在仿真间距的影响时，保持其他参数都不变。去步骤与前面介绍的一样，只是这里编辑的参数是间距，扫描的方式用列表的方式，分别扫描 6.4mils、8mils、9.6mils、12.8mils、19.2mils，共扫描5次，具体设置如图所示。
设置完成后单击 Start Sweeps按钮，在仿真示波器中的设置与上面介绍的设置一样，同样，观察电阻 R3 和 R4 处的波形，仿真结果如图所示。
分别测量各个参数下的近端串扰和远端串扰的巾福值，结果如图所示。

从仿真的几组参数中得到的结果可以看出，当间距是线宽的1倍时，近端和远端串扰都是最大;当间距是线宽的3倍时，近端和远端串扰都是最小。从分析结果可以得出，传输线之间的间距越小，串扰越严重。但是，不管是1倍线宽的间距还是3倍线宽的间距，都存在有串扰，这也说明在实际的工程案例中，串扰是无法消除的，只能尽量减少，只要减少到不影响受害线的正常工作即可。当然，串扰越小越好，但也需要对整个产品从功能、信号完整性、电磁兼容性、复杂度、设计周期、成本等各方面进行考量，以达到一个设计的平衡点。