為何線材越短串音Crosstalk越不好過？

crosstalk的計算工具，通常它們只計算近端串擾（NEXT），沒有計算遠端串擾（FEXT），因為近端串擾NEXT是串擾的主要成分，本質上，串擾的產生是由于電信號在通過傳輸線時，產生的電場線穿過了相鄰的傳輸線，而導致相鄰的傳輸線上也產生了電信號，如上圖所示，用網分測試的時候，差分 S 參數 Sdd31 表示近端串擾，Sdd41 表示遠端串擾。Sdd31 定義為端口3(受害網絡信號輸入端)感應電壓相對于端口1(入侵網絡信號輸入端)入射電壓的增益比，而 Sdd41 定義為端口4(受害網絡信號輸出端)感應電壓相對于端口1(入侵網絡信號輸入端)入射電壓的增益比.

NEXT和FEXT的波形如【下圖示】：紅色波形，是NEXT，藍色波形是FEXT.

NEXT近端串擾(Near End Cross-Talk)：串擾(NEXT/FEXT)會改變鄰近線對中的傳輸信號波形，干擾鄰近線對的正常傳輸，導致誤碼率上升甚至完全不能聯網，串擾強度跟絞接率直接相關，絞接率越大，抵消干擾能力越強，串擾越小.平行線絞接率為零，串擾最大，當線間距很近，且并行走線距離很長的微帶線的時候，只算NEXT會跟實際情況有差異，因為Stripline在遠端由互容和互感產生的FEXT方向相反，大小一致，可以被抵消，而微帶線則不能夠完全被抵消，且互感產生的FEXT會隨著線長而累加，因此走線越長，互感帶來的FEXT越大，在ATE load board上，走線一般比較長，為了避免FEXT，在保證間距的同時，盡量不要平行走線.

好了，我們大概知道串音是個什么了，我們來一起看看它是怎么算的.

因為互容、互感，都是在驅動信號發生變化時（上升沿或下降沿）對Victim線產生影響的，所以我們首先要知道Victim線上，也就是crosstalk信號的上升沿的時間，以及這個上升沿的Spatial Extent是超過了還是小于傳輸線的耦合長度。當耦合的長度，放不下這個上升沿的時候，那么Crosstalk的幅度，會與傳輸線的長度成正比。當傳輸線的長度大于，Spatial Extent的時候，Crosstalk的幅度會達到一個固定值，如下圖所示：

• 上面這張圖可以看出，當傳輸線長度超過5 inch之后，crosstalk的幅度就開始基本不變了，所以Crosstalk的上升沿的時間，只與介電常數有關，有近似公式：

  
  

  
  

  
  

  Crosstalk的電壓等于：

  
  

  一對訊號線傳輸時的高頻電容電感效應與 Impedance匹配效應，產生對相鄰訊號線造成的干擾現象.
  

  NEXT(Near End Cross Talk)---近端串音，發生在傳輸源一端的串音現象FEXT(Far End Cross Talk)---遠端串音，發生在接收一端的串音現象

  dB=20 Log(V1/V0) V1-相鄰訊號線檢出電壓 V0-原訊號源輸出電壓

  
  

  兩線路之間互相干擾的電磁雜訊，一般會隨著頻率之昇高而增加。
  

  其量測可以NA或TDR來量測，其計算公式如下：

  
  

  如果Xtalk數值越趨近于0 dB(or近100%)時，表示雜訊干擾的情況越嚴重，反之，Xtalk dB數值越大(or近0%)時，表示雜訊干擾的情況越少

串音產生原理﹕

串音干擾可以從電容電感藕合角度去理解,也可以從差分信號和共 模信號分量角度去理解.

藕合角度描述：

當動態線上有信號通過時,在信號的上升延區域(即電壓電流變化的區域).由于線對間的互感和互容的藕合作用，在靜態線上將感應出電流,由于噪音電流在靜態線上每個方向上感受到的阻抗都相同,所以前向和后向的電流量將相等. 其中一半向后流回到近端,產生近端串音;另一半向前流動到遠程，產生遠程串音.

按照理論公式太復雜，小編針對串音的通俗理解經驗分享如下：管道裡的水向前流,過程中由于管道孔徑或管道有凸起物等諸多因素讓水流的速度發生有不穩定的現象,但是當到達終點接收端后,有個穩定的接收后,其輸入的水流將達到一個穩定狀態,但是在過程中仍有由于遇到障礙而往后流的水流向供水端,這段額外的阻止時間為延時TD,近端串音就是水流從不穩定額外的阻止時間并持續2*TD的時間.

當兩條傳輸線靠近時，互容和互感將增加，從而使NEXT增加

近端串音：

當信號前沿傳輸了一個飽和長度后,近端的電流將達到一個穩定值.而當動態線上的信號到達遠端端接電阻后,就不再有藕合噪音電流,但是靜態線上還有后向電流流向靜態線的近端,這段額外時間等于時延TD.近端串音就是藕合電流上升到一個恒定值并持續2*TD,然后下降到0,其中上升時間等于信號的上升時間.

遠程串音：

藕合到靜態線上前向傳播的噪音,移動速度與動態線上的信號前沿向遠端傳播的速度相同.在靜態線上的每一步,一半噪音電流會迭加在已經存在的沿線噪音上.直到信號前沿到達遠端,才有電流出現.即信號達到遠端時,遠端噪音同時到達.因此遠端噪音電流為一個很短的負向脈衝,持續時間等于信號的上升時間TD.近端和遠端串音的特徵,決定了遠端串音將在高頻率段產生很大威脅,而近端串音則在中頻率段影響較大.

從差分信號分量和共模信號分量角度描述:

近端串音：

差分信號分量和共模信號分量在差分對上所感受到的阻抗不同,這 一阻抗上的差異將導致,靜態線產生近端串音.若阻抗上的這一差異越大則NEXT將越大.

遠程串音：

由于共模信號分量和差分信號分量電力線分佈不同,所感受到的有效介電系數不同,導致它們的傳播速度不同.差分信號分量將先到達遠端,而共模信號分量稍晚點到達遠端.它們的差值將導致遠程串音,若這一速度差異越大將導致遠端串音能量越大,FEXT越大.

減小串音的方法分享

減小串音最根本最經濟的途徑是增加鄰近線對間的距離,使它們儘量脫離藕合作用范圍.但是實際制程上,這一方式受到線材結構,加工和客戶要求的限制.在實際制程允許的情況下,儘量加大鄰近線間的距離（如：CAT6的十字隔,排線等結構）.

設計要點：保證線材的均勻性和對稱性,使電容均勻穩定是控制串音的基礎.串音干擾由于相鄰線間的藕合產生.藕合度越高,串音干擾越大;頻率 越高,串音干擾越大;電容穩定性越差,串音越嚴重;此外,低特性阻抗有利于低串音,絕緣材料介電系數越小,串音越低.只有對理論,制程、加工、成本、規范客戶要求整體把握,才能做好線材開發.對于開發工程師而言,需要熟悉制程中的每個細節,不能局限于理論.

絞距差

當多對線同時開關時,對同一根靜態線的串音噪音將會疊加,幅度加大,很可能超出噪音容限.因此,設計不同的絞距（CAT5-6都有使用）,使不同線產生的噪音錯位,可以削弱串音的疊加. 但此方法在高頻段作用不大,反而會影響線間的延時差.因此,此方式適合中低頻,而不適合高頻段.

屏蔽

屏蔽原理：通過將屏蔽導體中產生感應電流（渦流）接地,吸收串音能量.沒有被吸收的能量將在屏蔽導體和信號線間來回反射最終吸收.

屏蔽效果：

a.鋁箔屏蔽：效果受重迭率的影響,通常需要達到25%以上.鋁箔包的松與緊對屏蔽影響也很大.

松：易彎曲變形,產生空隙,導致電磁洩露,產生干擾;并使轉移阻抗突變,引起反射和衰減問題;還會使差分信號分量和共模信號分量的傳播速度差異加大,導致遠端串音增加.

緊：容易拉斷鋁箔,影響生產;太緊會壓傷發泡絕緣.引起電容突變.

b.編織屏蔽：外層編織屏蔽效果受到遮蔽率影響,越高越好,但成本也會增.

電線工序設計制造過程關鍵點：

對絞節距的大小﹑對絞節距的配合

絕緣芯線的偏心﹑橢圓﹑線徑不均勻

對絞芯線的對稱性，2根芯線的放線張力不均及節距不均勻

對絞節距的大小﹕節距減小—串音增大﹔節距增大—串音減小

對絞節距的配合

加工使用工序過程關鍵點：

在水晶頭處、模塊中，由于存在著局部平行線結構，此處串擾值會偏大，人工打接水晶頭、模塊或連接器時，若解開的雙絞線過長(這樣方便打線)會迅速增加串擾值，故需要在操作時特別留意(以前的要求是解開長度不超過 13mm，現在對高速網線的建議則是能不解開就盡量不解開)。有些工業以太網和現場總線的插頭和連接器內部平行線/或平行插針過長，也會降低串擾指標值。全屏蔽線減小串擾的能力最強，但須要屏蔽接地到位。錯開絞接率也會改善串擾值，但不能太任性，否則延遲偏離參數就不合格，這會導致同步信號時間基準偏離過大，造成接收端口識讀數據的錯誤率增加。高速鏈路還要增加考察外部串擾 AXT(如 ANEXT/PS ANEXT/AACR/PS AACR 等)，避免過大的成捆電纜造成輻射干擾。鄰近動力電纜可能存在低頻諧波強干擾，可以通過測試電力諧波值或電力線可能引發的外部串擾值來近似評估干擾臨界水平。其次就是通過實地測試干擾脈沖計數、滿載吞吐量、丟包率加壓測試來確定和評估干擾危害的水平，防雷器由于內部平行導體過長，串擾指標通常都很差，不能支持高速鏈路.

大部分這些計算工具和計算方法可以作為設計的前期指導，但是設計完成之后，還是需要依據生產過程的經驗進行調整方能進行批量生產！

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