一种计算微带耦合差分传输线远端噪声的方法与流程

本发明涉及一种差分传输线远端噪声的计算方法。

背景技术：

如今的电子设备的频率越来越高，大数据、云端等都需要高速传输线来支撑，传输线从几百MHz到现在的几十个GHz，传统意义的连接线概念已不再适用于高速、大数据的互连线。

人们提出了差分传输线传播差分信号来增加其抗电磁干扰性，差分传输线以其优越的抗电磁干扰能力而得到广泛的应用，目前高速重要的信号已基本采用差分传输线来布线。

差分传输线设计不当也会产生一系列的问题，差分传输线不对称会造成差模信号与共模信号之间的转化，差分传输线会增加走线数量使得PCB走线变得艰难，地回路不连续会使共模信号产生反射进而产生噪声，在差分传输线中共模辐射噪声要远大于差模信号所产生的噪声，引起严重的EMI问题。

微带差分传输线是差分传输线的一种，微带差分传输线是PCB板中在顶层和地层中的差分传输线。

由于走线的在基板介质和空气之间，使得信号的传播速度不同进而在远端产生了噪声。

传统上对于这种噪声的计算采用电容耦合与电感耦合之差来表示，这样的表示很复杂、难以计算，不适合在工程中应用。

针对传统计算方法的缺陷与不足，本发明提出了新的计算方法更加简洁方便，更适合工程实践的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提手供一种计算微带耦合差分传输线远端噪声的方法，简化微带耦合差分传输线远端噪声的计算方法，从而使微带耦合差分传输线远端噪声的计算更加简洁方便，适合工程应用。

针对微带耦合差分传输线远端噪声，从理论上分析论证奇模传播速度与偶模传播速度的不同步是产生微带耦合差分传输线远端噪声的根本原因，并得到新的微带差分传输线远端噪声的计算方法。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

如图4所示，一种计算微带耦合差分传输线远端噪声的方法，包含以下步骤：

步骤一、获取微带差分传输线远端噪声V_n、微带差分传输线上信号线动态电压V_a，微带差分传输线的耦合长度L，微带差分传输线上信号传播速度v，为微带差分传输线上信号上升时间T_r，偶模阻抗Z_even，奇模阻抗Z_odd；

步骤二、计算微带差分传输线远端噪声V_n：

$V_n=-\frac{1}{4}{V}_a\frac{L}{{\mathrm{vT}}_r}\left(\frac{Z_{even}^2-Z_{odd}^2}{Z_{even}{Z}_{odd}}\right).$

与传统的传输线远端噪声的计算相比，本发明有如下的优点：

(1)直接给出了各个影响因素与最终产生的噪声的关系，直观简洁。

(2)直接将带耦合差分传输线远端噪声与各个影响因素公式化，便于计算。

(3)本发明使得原来抽象难于计算的远端噪声形象公式化，更加便于工程实践的计算、分析、应用。

附图说明

图1是微带耦合差分传输线模型；

图2不同耦合长度产生的远端噪声；

图3不同信号上升时间产生的远端噪声；

图4为本发明一种计算微带耦合差分传输线远端噪声的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的解释描述。

对于一个微带耦合差分传输线的模型(见图1)，已知微带差分传输线耦合距离产生不同的奇模阻抗、偶模阻抗，微带差分传输线的耦合长度，微带差分传输线上信号上升时间，微带差分传输线上信号线动态电压，微带差分传输线上信号传播速度，就可以得到噪声结果。

这种计算方法公式化表示如下所示：

$V_n=-\frac{1}{4}{V}_a\frac{L}{{\mathrm{vT}}_r}\left(\frac{Z_{even}^2-Z_{odd}^2}{Z_{even}{Z}_{odd}}\right)$

其中V_n为微带差分传输线远端噪声，V_a为微带差分传输线上信号线动态电压，L为微带差分传输线的耦合长度，v为微带差分传输线上信号传播速度，T_r为微带差分传输线上信号上升时间，Z_even偶模阻抗，Z_odd为奇模阻抗。

对于微带差分传输线的耦合长度，微带差分传输线上信号上升时间这两个变量对噪声的影响在图2、图3中可以看出，其产生的噪声大小与公式中的关系完全相符，V_a、v这两个变量产生的噪声结果与L、T_r这两个变量的结果可比拟，这里就不详细介绍了。

Z_even偶模阻抗、Z_odd奇模阻抗是由于差分传输线耦合产生的，偶模阻抗是差分传输线传输共模信号时的单个传输线的阻抗，奇模阻抗是差分传输线传输差模信号时的单个传输线的阻抗。

奇模阻抗与偶模阻抗在传输线不存在耦合时是相同的，但由于传输线存在耦合使得奇模阻抗与偶模阻抗是不同的。

在奇模状态下，差分传输线的两个传输线的电压是相反的，或者说它们的电流流向时相反的，由于耦合这样得到的奇模阻抗Z_odd关系为

Z_odd＝Z₀(1-k)

式中Z₀为无耦合特性阻抗，k为耦合系数。

在偶模状态下，差分传输线的两条传输线的电压是相同的，或者说它们的电流流向时相同的，由于耦合得到的耦合阻抗Z_even关系为

Z_even＝Z₀(1+k)

式中Z₀为无耦合特性阻抗，k为耦合系数。

耦合系数k与差分传输线之间的距离、差分传输线与地层距离有关。

通过计算可以得到不同间距的差分传输线的偶模阻抗、奇模阻抗，进而得到不同的微带差分传输线远端噪声。

应用本方法可以得到不同影响因素对最终产生噪声的影响，同时也指出了减小微带差分传输线远端噪声的方法。

减小动态电压值，减小差分传输线耦合长度，增大传播速度，增加信号上升时间，缩小偶模阻抗与奇模阻抗的大小差都可以减小最终产生的噪声。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。