隨便問(wèn)一位硬件設計人員：松散耦合的帶狀線(xiàn)對跟緊密耦合的帶狀線(xiàn)對，哪一種會(huì )帶來(lái)更少的通道間差分串擾。99%的人會(huì )選擇后者。但他們錯了。

目標阻抗和橫切面

在超過(guò)10Gbps的高速串行連接中，損耗是影響互聯(lián)設計的主要因素。不論介質(zhì)損耗有多小，導體損耗仍然是主導地位。影響導體損耗的唯一設計因素是介質(zhì)寬度。

這意味著(zhù)在高速數據通道中，應盡一切可能使用可用的最寬的線(xiàn)。大多數高密度多層板上，在互連線(xiàn)密度或者主板總厚度尚未達到可用的限制時(shí)，最大可用線(xiàn)寬約為7mils。

如果目標差分阻抗是100 Ohms，線(xiàn)寬是7mils。改變差分對之間的耦合就會(huì )改變差分阻抗。差分對之間間距越小，差分阻抗就越小。 在帶狀線(xiàn)拓撲結構中，為了彌補這種情況(差分對之間靠近而阻抗值變小)，電介質(zhì)層的厚度則會(huì )相應的增加。

圖一展示了三種不同耦合的100 Ohm差分對的橫截面，緊耦合，松耦合，沒(méi)有耦合。

圖 1. 7 mils寬、 1/2 oz conductors、Dk =4的100 Ohm差分線(xiàn)的截面圖

耦合跟邊緣場(chǎng)分布

在帶狀線(xiàn)幾何結構中，沒(méi)有遠端串擾。當TX跟RX在相鄰通道中交叉時(shí)，接收端只對近端串擾敏感(接收端只受近端串擾的影響)。如圖2所示。

圖 2. 在帶狀線(xiàn)中, 當RX和TX干擾源交叉時(shí)，僅有近端串擾而且 RX只對近端串擾敏感.

在帶狀線(xiàn)中，兩對差分對之間的電磁場(chǎng)邊緣耦合會(huì )引起近端串擾。兩對差分對之間，邊緣場(chǎng)越強烈，串擾越大。疊層結構，除了控制差分對的差分阻抗外，也能限制邊緣場(chǎng)并影響通道間的串擾。

返回層之間的空間越大，邊緣場(chǎng)延伸到相鄰通道上的距離就越遠，通道間的串擾越強烈。層與層之間的空間是影響邊緣長(cháng)的主要因素，而不是兩線(xiàn)間的耦合。

對緊密耦合的一對帶狀差分線(xiàn)，為了達到100 0hm的阻抗，層與層之間的介質(zhì)厚度大約為26mils，線(xiàn)寬為7mil，半盎司銅，材質(zhì)的介電常數為4。如果差分對之間的線(xiàn)寬加倍，如果阻抗仍然要求為100 Ohm,介質(zhì)厚度應該減少到17mils。

松散耦合的差分對由于層間距更小(相比于緊耦合)，減少了邊緣場(chǎng)效應和串擾。這就是相比于疏耦合，緊密耦合會(huì )帶來(lái)更多通道間串擾的原因。

建立穩健的設計原則：

串擾多大是不能接受的?大部分Spec會(huì )要求信噪比在20dB左右。這里所說(shuō)的信號指的是在接收端看到的信號，不采用均衡，接收端通道中的信號會(huì )小到-10dB，在高衰減的通道中，接收端通道中的信號甚至小到-25dB,如果所有噪聲只有通道間串擾，可以接受的信噪比為20 dB。

對于串擾噪聲的可接受標準，這里定義了兩種可接受的標準。在一個(gè)沒(méi)有應用均衡技術(shù)的通道中， -30 dB的通道間串擾是可以接受的底限;在高衰減的通道中，-45 dB 是可以接受的串擾底限。

帶狀線(xiàn)兩通道之間的近端串擾取決于通道間的間距大小。通過(guò)一個(gè)2D場(chǎng)程序，我們可以找到設計方案來(lái)建立robust設計準則，保證近端串擾低于最大允許值。

綜合各種情況，為了設計100 Ohm的差分阻抗，線(xiàn)寬固定為7mil，鋪銅為1/2盎司，介質(zhì)的介電常數為4.三種耦合方式：緊耦合，疏耦合，不耦合，對應的線(xiàn)寬分別為1倍，2倍，3倍線(xiàn)寬。

如果根據并聯(lián)線(xiàn)線(xiàn)寬來(lái)設計合理的線(xiàn)間距，我們可以設計不同的線(xiàn)寬值，只要能滿(mǎn)足差分阻抗為100 Ohm即可。

隨著(zhù)差分對的間距加大，近端串擾將隨著(zhù)減小。圖3模擬了三種不同差分耦合方式的情況下，差分對之間近端串擾的情況。

圖 3. 模擬的不同耦合方式下的近端差分串擾

上面一幅圖幫助我們明確了robust設計準則，來(lái)保證滿(mǎn)足-30 dB和-45 dB的串擾要求。

在一個(gè)沒(méi)有均衡技術(shù)的路徑中，信號可以(衰減)到-10 dB。我們要求不超過(guò)-30 dB或者3%的通道間串擾。當然，如果通道兩端都受到其他通道的干擾，通道間的串擾應該會(huì )低于1.5%或者-36 dB.這樣他們的總功率會(huì )低于3%。

為了使近端差分串擾不超過(guò)1.5%，通道間的空間要求，對于一個(gè)緊密耦合差分對來(lái)說(shuō)應該大于1.5倍線(xiàn)寬，對于松散耦合來(lái)說(shuō)，應該大于1倍線(xiàn)寬。

在一個(gè)高損耗通道中，信號(衰減)可以低至-25 dB，最大可接受的通道間串擾必須小于-45 dB或0.5%。在最壞的情況下，當傳輸線(xiàn)路兩端都有干擾源存在時(shí)，可接受的最大通道間串擾為-0.25%，或約-50 dB。

從以上的設計曲線(xiàn)來(lái)看，針對小于-50 dB近端串擾的合理設計準則，對緊密耦合差分對是保持通道間間距>4倍線(xiàn)寬，而對于松散耦合，是保持的通道間間距>3倍線(xiàn)寬。

遵守以上的設計準則，可以保證你的產(chǎn)品質(zhì)量高枕無(wú)憂(yōu)。但如果通道間的空間比以上數值更小，并不意味著(zhù)你的產(chǎn)品不能工作，只是你最好通過(guò)自己的分析來(lái)減小失敗的風(fēng)險。