高速PCB中串扰具象化！一篇文章说清楚电路板-40dB串扰

高速先生成员--黄刚大家都知道，高速先生擅长做高速信号的仿真，不少的粉丝也和我们合作过仿真的项目，正常高速链路的无源指标包括了插入损耗，回波损耗和串扰，其中相信大家最看不懂的就是这个串扰指标了吧。的确，首先在很多协议中其实是没有明确的串扰指标的，其次还因为无源指标都是在频域描述的，所以理解起来是会有点绕的哈！例如下面这个简单的仿真项目，PCIE5.0芯片到金手指这一段链路的串扰仿真结果：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/1754563384824e1bbab242b92c653684~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=4QpG3dzsjT9vyCkEv%2Fl9LreNvYc%3D

我们仿真的是相邻链路的串扰结果，PCIE5.0的速率是32Gbps，所以我们看基频，也就是16GHz的串扰结果，在-40dB以下，40dB的串扰量我们认为是一个不错的结果！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/4a80f695785542bc9430bfca2a32fa7b~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=h6wd3dcgh%2FuvP3lNPloV3Trnqtw%3D

40dB到底是什么概念呢，为什么高速先生觉得是一个不错的门槛？其实我们都懂，对于硬件工程师或者测试工程师来说，从时域上去描述一些指标永远比在频域上描述来得直观。你不要告诉是多少多少dB，你直接告诉我有多少mV的串扰噪声，这不就懂了吗！对于这个要求，高速先生深表同情，哦，不是！是深表赞同哈！没问题，那下面高速先生就通过一个简单的仿真例子给大家翻译下dB和时域噪声的关系吧。我们搭建一个简单的两对差分线运行在25Gbps速率下的串扰链路，示意图如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/9e11a090ff6d476aa4bf1959b69c7583~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=WotB5mkVFe2SZlYzyz2giBHpjN4%3D

然后我们通过调整两对差分线的线间距，让这两对差分线的串扰分别在-30dB，-40dB和-50dB这三个量级，分别如下所示：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a1d74070501147ba8b4d14d08f0f1dfc~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=lOH%2BidWxYHzD0pT4VeLPBgezU1U%3D

对，就是这个大家看得不是很懂的频域的串扰描述值。在其中一个通道的TX发送端发送一个峰峰值为1V的25Gbps的随机码，然后去看在静止状态下另外一对被串扰通道的噪声，也就是一对攻击信号给相邻静止信号带来的串扰噪声值。首先我们看看-40dB的无源串扰情况下，攻击通道串扰到静止通道的噪声是多少呢？如下所示：在1V峰峰值的攻击信号下，静止通道被串扰的噪声峰峰值为12mV！也就是1000mV中有12mV串扰到了被攻击信号上去。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/51399a3c75194e53bbae39ea3cab6a55~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=b8KAuJ%2B6hItomVBrWUP%2BFkKD%2Fd8%3D

大家觉得大吗？要不我们再看看-30dB的无源串扰情况下，攻击通道串扰到静止通道的噪声。同样的验证方式，我们看到噪声的结果如下所示：在1V峰峰值的攻击信号下，静止通道被串扰的噪声峰峰值为38mV！也就是1000mV中有38mV串扰到了被攻击信号上去。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e4c03d500e5b4767a717ea92a42f2496~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=yKGL08KrlBq9gPRLeEy87WN9ZJs%3D

最后再看看50dB下的情况，噪声如下所示：1000mV中有4mV串扰到了被攻击信号上去。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/dc454f6ef4cc4c54ad791087fada7ef4~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=Pr%2BROsLE5KtIcq22zwIj99XOg8Y%3D

总结下哈，同样1V的攻击信号，-30dB通道的串扰噪声为38mV，-40dB通道的串扰噪声为12mV，-50dB通道的串扰噪声为4mV。的确，差异还真的是蛮大的哦！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/219b68f00deb406584d2d38acfef458c~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=8118DVXuvShG9yGqYi8xArMQfVs%3D

还是回到我们熟悉的时域噪声去看串扰直观很多哈，从这个数值来看，大家也就知道了为什么40dB是一个比较好的门槛了。当然也看具体的设计来定了，有的系统裕量可能比较够，35dB都能满足要求，有的系统要求很高，可能要做到50dB甚至60dB都有可能哈，另外可能受限于芯片的pitch，扇出的方式等客观原因，做不到也有可能。所以40dB的串扰量级只能作为一个相对普遍的优化目标，具体到每一个大家的项目时我们再好好的看哈！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/686f7da7452641d3956a6f712d68c390~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1787637991&x-signature=S%2FrjJD6SqRZtRyuaNwJM32btU3A%3D

问题：通过这个案例，大家能大概推下频域的dB值和时域噪声之间是怎么转换的吗，又或者大家平时设计的系统一般以多少dB的串扰值为目标的呢？关于一博：一博科技成立于2003年3月，深圳创业板上市公司，专注于高速PCB设计、SI/PI仿真分析等技术服务，并为研发样机及批量生产提供高品质、短交期的PCB制板与PCBA生产服务。致力于打造一流的硬件创新平台，加快电子产品的硬件创新进程，提升产品质量。一博珠海板厂：位于珠海经济开发区，坐拥PCB产业优质人才资源及完善的产业配套。专注于高端快件，提供高品质的高多层、高速、高精密、HDI等PCB生产制造。聚焦国内高端快件细分市场，PCB广泛应用于ATE、AI算力、服务器、工控、通信、汽车、医疗设备等领域。