一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及了一种串扰抑制方法，尤其是涉及了一种基于电磁场模式分解的高速 信号线串扰抑制方法。
【背景技术】
[0002] 串扰是影响电路板上高速信号传输的最重要的一个因素。多路高速信号在电路板 上同时传输时，由于电磁耦合，不同信号线之间会相互影响，具体表现为有用信号上叠加了 其它信号线上耦合过来的干扰电压。这个干扰电压会导致数据丢失和误码。业界衡量电路 板上串扰的指标主要包括两个：近端串扰（NEXT)和远端串扰（FEXT)。近端串扰指干扰信 号线在发送端传输的信号耦合到另一相邻受害信号线的发送端；远端串扰指干扰信号线在 发送端传输的信号耦合到另一相邻受害信号线的接收端。
[0003] 串扰随着电路板工作频率的提高而增加。人们对于无线通信和科学计算永无止尽 的追求，推动着电子产品的工作频率向更高频段发展，从MHz波段到GHz波段，甚至亚毫米 波段（300GHz以上），这使得串扰问题越来越严重。信号低速传输时，只在大尺寸的印制电 路板上才有明显的串扰问题，随着信号传输速率的提高，串扰已经深入到小尺寸的封装甚 至芯片中，成为综合布线最大的障碍。
[0004] 工业界和学术界曾提出过一些减小串扰的方法：比如名称为《一种减少Dual Stripline走线串扰影响的设计方法》、申请号为201410353562. 4的专利申请与名称为《用 于降低串扰的双带状线的布设》、申请号为201410099286. 3的专利申请，它们通过改变信 号线纵向方向的布线来降低串扰，但只能应用于多层电路板或者差分信号传输结构；或者 是名称为《一种不增加总线数目的避免串扰编码方法及装置》、申请号为201210558903. 2 的专利申请，它从信号编码的角度，在高级层面上减小串扰造成的误码率，其编码方法与具 体信号线的物理分布无关。工业界目前采用的减小串扰方法，主要是基于低速电路发展起 来的电路分析方法，比如把串扰分为互电感耦合、互电容耦合、以及共地阻抗耦合。由于电 路板工作频率的提高，信号线之间的耦合机理变得更加复杂，必须从最底层的电磁波传播 的角度来分析串扰问题，而基于电压-电流的电路分析手段无法提供高工作频率的解决方 案。
【发明内容】
[0005] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明提出了一种基于电磁场模式分解的高速 信号线串扰抑制方法，可应用于印制电路板（PCB)、封装、和芯片中的高速、高密信号线布 线。其主要作用是减小信号线长距离、并行布线时，线与线之间的电磁串扰，进而减小高速 信号的误码率、提高通信容量。
[0006] 本发明包括以下内容：
[0007] 在高速信号线的输入端加入电压编码器（变换矩阵[Tvr)，利用电压编码器把原 始输入的单端信号电压V变换为模式电压Vm，两者的变换关系为Vm= [TvrV，其中[Tv]为 电压变换矩阵；在信号线输出端加入电压解码器（变换矩阵[Tv])，利用电压解码器从模式 电压Vm中还原出原始单端信号电压V，两者的变换关系为V= [Tv]Vm。这种方法可以减小 高速信号线长距离、并行传输时的串扰。
[0008] 利用电压变换矩阵[Tv]和电流变换矩阵[1\]，将传输线方程转变为：
【主权项】
1. 一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法，其特征在于：在高速信号线 的输入端加入电压编码器，使得电压编码器输出的模式电压V m满足Vm= [Tvrv，V为原始 单端信号线电压，[Tv]为电压变换矩阵；在信号线输出端加入电压解码器，利用电压解码器 还原并输出原始单端信号线电压V，即V = [Tv]Vm，以减小高速信号线长距离、并行传输时的 串扰。
2. 根据权利要求1所述的一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法，其特 征在于：所述的电压变换矩阵[Tv]满足以下公式，使得高速信号线中的阻抗矩阵[Z]和导 纳矩阵[Y]对角化： [Zm] = [TvF1 [ZHT1] [Ym] = [T1F1W [Tv] 其中，[T1]表示电流变换矩阵，[Z]和[Y]分别表示原阻抗矩阵和原导纳矩阵，[Z m]和 [YJ分别表示被[Tv]和[T1]变换后的阻抗对角矩阵和导纳对角矩阵。
3. 根据权利要求1所述的一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法，其特 征在于：所述的阻抗对角矩阵[ZJ和导纳对角矩阵[YJ对角线上的元素非零，非对角线上 的元素为零或者接近于零。
4. 根据权利要求2所述的一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法，其特 征在于：所述的电压变换矩阵[Tv]和电流变换矩阵[T 1]是先利用ANSYS公司的Q2D工具计 算信号线横向截面上的电磁场分布，并提取单位长度电阻、电感、电导和电容矩阵进而计算 得到。
【专利摘要】本发明公开了一种基于电磁场模式分解的高速信号线串扰抑制方法。在高速信号线的输入端加入电压编码器（变换矩阵），使得电压编码器输出模式电压；并在输出端加入电压解码器（变换矩阵），使得电压解码器还原输出单端信号电压，以达到减小高速信号线长距离、并行传输时串扰的目的。本发明以模式电压代替传统单端信号电压作为信号长距离传输时的载体，利用变换矩阵对高速信号线中的阻抗矩阵和导纳矩阵进行对角化。这能够大大降低高速信号线中信号的误码率和串扰，提高通信容量，可应用于印制电路板、封装、和芯片中的高速、高密信号线布线。
【IPC分类】G06F17-16, G01R29-08
【公开号】CN104849572
【申请号】CN201510270050
【发明人】魏兴昌, 舒余飞
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月24日