高速PCB上下层高速线参考同一个地平面，串扰应该很大吧？

高速先生成员--黄刚高速信号发展越来越快，无论是PCB设计工程师还是硬件工程师接收到的高速理论也越来越多了，什么趋肤效应，玻纤效应，边缘辐射效应等等，随便都能脱口而出十个八个SI理论。有时候理论学得多本身当然是好事，但是怕就怕在理论越多，做起设计来越畏首畏尾了。Chris最近也比较忙，所以也比较少去深入到设计部去收集案例了，难得有一位资深的设计部同事Kevin找到我，问起这个问题来……https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/77b0eeb5abc5499bb5ab07a5566ae452~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=RqkNupavmFgmxUznNpA5uASJZEc%3D

嗯，他的问题就很清晰了，也就是上下两层高速走线L10和L12层共用一个参考层L11层。没想到Chris没过几秒钟立马就回复了：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b7028146bea64e59b2ad5d87dc4b17c3~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=9bm8LFABsffZ2IgdcoNYNbZxCBU%3D

可能是生怕自己表达得不全面，Kevin又特意补了一句：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/ef9270ec0b044879aaeb06425fd30a40~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=CY9OhjlHAutSPfFh4a9TtPE%2BZ8w%3D

问题感觉看起来更严重了啊，又是TX和RX的反向信号的串扰场景，而且两层走线在投影上还是重叠的，这还能没串扰，换谁都不敢轻易相信啊！等来的回复也还是Chris轻描淡写的一句话：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a41f3aab66d4442391599931a991af07~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=fG9otXd3ebN8S4uMrWS2hTxW8nI%3D

Kevin也算是非常非常资深的设计部员工了，平时SI理论的确也看得够多，但是看起来也是一副难以置信的样子。https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/bc50eff552004473a74301a1a36dba9f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=RTTe2zVelN1L4W4CIt7ZG1%2F6xKc%3D

为了缓和这尴尬的气氛，Chris主动提出：要不写篇文章吧？https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/fb8b7b73b0a64048a481cae4b307181f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=YPXjtDe4bhPNYHoJHZrIdcTX%2Bbw%3D

其实不仅是很多设计部的老员工问过这事，包括很多做高速的客户也问过，看起来这并不是一句没影响就能说服大家的哈，写篇文章，做个仿真验证可能是更好的方式。验证的方式也很简单，也就是建个3D模型，绿色和红色的两层相邻层走线共用一个GND平面层，然后就仿真下串扰就好了。https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/4c80bc0f1a314ccd980a745bc5cef6ce~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=nmkeks%2Bxnl959w8P2NwUdfWiRLY%3D

刷一下就仿真完成了，本来想打开串扰的结果来看看，结果发现：纵坐标从0到100dB的界面上居然是空白的？？？https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/ecfe82af5ba74b0eaee9ddd1edbc427f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=W%2BFF9ARwH9FuUt43DxT93uuHvT8%3D

什么鬼？仿真过程有问题，结果没出来？别急嘛，要不把串扰量级放大到300dB界面再看看，如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6bf4880720284228b3d118678b6191e3~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=YJbPo%2BSKkix45xEvFNThh69p%2B8s%3D

额。。。原来是有串扰结果跑出来的，只是串扰太太太太太小了，小到超过了我们的认知，基本上和没有串扰也没两样了。可能从串扰这个曲线上还不一定能说服大家，那要不……我们看看磁场？首先是上下两对走线都一起工作的时候的磁场图如下：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8643cbf0348140d9b387d707be8d38a2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=wNYdtfL8MPF7zgdwqWZMJQ%2BqFXI%3D

这不和很多人想象的一样吗，两对走线同时工作，他们都会产生磁场啊，而且磁场幅度也很强，怎么会没有串扰呢？这里要纠正大家认识一个误区哈，的确两对信号本身在工作，肯定会有很强的磁场，但是判断他们之间有没有串扰，不是单纯的看磁场强不强，还看磁场有没有交集。如果磁场没交集的话，哪怕强到无边，其实它们也没有串扰！到底怎么算有交集，怎么算没交集呢？很简单嘛，我们只让上面的那对高速信号在工作，下面的保持静止状态，我们看看上面的磁场能不能影响到下面的走线就知道了。结果是这样的：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/daf8daeadb3f4a02a77636ae5aa4febb~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=eXv0Su9%2FrSpDHVs%2BAozTERkgRuE%3D

是不是颠覆了很多人的认知，上面信号线产生的强磁场居然一点都没说穿过中间的地平面，压根影响不到下面静止的信号。所以，它们的磁场没有交集，也就是所有……它们一丁点串扰都没有哈！还得是Kevin，关于Chris上面回答的“完整”两个事，让Kevin又逮到了机会。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/ffbe4fb25bbf4529837ebba002ed4ede~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=lNetzJ%2Fy2NnhQzhToNRdGqpPYF8%3D

还好Chris也早有准备，拿出来继续应对的话术：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/70188bdb5aaf446493a6719c773f084b~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=Lv9PQW70LdgfPDzmAMOzmYMuPZQ%3D

行吧，本身文章写到这就完了，既然Kevin那么热爱学习，那Chris当然不会扫同事的兴。就按照上面这个简笔画继续验证下，如果有其他非地的过孔打断平面之后，到底相邻的两层高速信号线会不会还是没有串扰？于是Chris又建了另外一个模型，而且还是个过孔打断平面距离不同的动图，如下所示：https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/20bf863a3ce746b19dfc8540a3142bbb~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=0%2F595JbJfYoCtpLzXgWEtCFr9Fk%3D

也就是想验证下打断过孔的位置距离走线从远到近的变化时，串扰到底还能不能一直保持很理想的情况哈。打断过孔的位置从最远的30mil到最近的10mil，每隔5mil一种，一共5种case的扫描。不卖关子啦，文章已经很长了，要是再长点大家都不看了哈。直接看仿真扫描后的结果，如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a4281ebd13344dad8e96e8741b6c835e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=57kRKkRcT16hRYo6p%2Bi5pm0cn6Y%3D

可以看到，被过孔打断后，平面就变得不是完整的状态了，这个时候就和很多朋友想象的一样了，串扰就有了，而且随着平面打断的位置距离走线越近（例如最近10mil的状态下），串扰就明显了。我们来看看10mil距离下，同样只让上面那对高速线工作，下面高速线静止时的磁场。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a3f6919c4a6b4061bd580a0132a4c8aa~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=1fpIzxwRw10XldoU4LxaPhw2ewY%3D

可以看到，当平面变得不完整之后，上面信号的磁场就能够通过过孔的缝隙穿到下面静止的信号中了，那就是磁场有交集了，这不就真的有串扰了嘛！https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/52527dbbeac64f22a417174cdcb5341b~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=wLHW5Ry4qK6Q5XpbSePc2PHH8uU%3D

好久没写过那么长的文章了，当然的确也感谢Kevin给Chris提供的素材。这个问题相信不止Kevin有疑惑的，我司很多设计部同事，包括很多外部的客户都有疑惑，刚好借着这个机会就一篇文章说清楚了，也算是给大家一个很好的仿真结论支撑，让大家以后遇到这种很常见的高速走线设计方案时再也不慌了哈！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/598d562363c6446490160d8d56967951~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=202608040852247EA3AC78FF54053A1AB3&x-expires=2147483647&x-signature=k0uuY9dud7tCQEdxvlEIJHZBH6g%3D

问题：大家平时设计中有没有遇到自己把握不住的各种走线之间或过孔之间的串扰问题，都可以留言发问哈，说不定下篇文章就是用你们的素材了……