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?dāng)_（NEXT），沒有計算遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT），因為近端串?dāng)_NEXT是串?dāng)_的主要成分，本質(zhì)上，串?dāng)_的產(chǎn)生是由于電信號在通過傳輸線時，產(chǎn)生的電場線穿過了相鄰的傳輸線，而導(dǎo)致相鄰的傳輸線上也產(chǎn)生了電信號，如上圖所示，用網(wǎng)分測試的時候，差分 S 參數(shù) Sdd31 表示近端串?dāng)_，Sdd41 表示遠(yuǎn)端串?dāng)_。Sdd31 定義為端口3(受害網(wǎng)絡(luò)信號輸入端)感應(yīng)電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)信號輸入端)入射電壓的增益比，而 Sdd41 定義為端口4(受害網(wǎng)絡(luò)信號輸出端)感應(yīng)電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)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(lán)色波形是FEXT.

NEXT近端串?dāng)_(Near End Cross-Talk)：串?dāng)_(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(dǎo)致誤碼率上升甚至完全不能聯(lián)網(wǎng)，串?dāng)_強(qiáng)度跟絞接率直接相關(guān)，絞接率越大，抵消干擾能力越強(qiáng)，串?dāng)_越小.平行線絞接率為零，串?dāng)_最大，當(dāng)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(yuǎn)端由互容和互感產(chǎn)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(chǎn)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(qū)動信號發(fā)生變化時（上升沿或下降沿）對Victim線產(chǎn)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(dāng)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(dāng)傳輸線的長度大于，Spatial Extent的時候，Crosstalk的幅度會達(dá)到一個固定值，如下圖所示：

• 上面這張圖可以看出，當(dāng)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(shù)有關(guān)，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(yīng)與 Impedance匹配效應(yīng)，產(chǎn)生對相鄰訊號線造成的干擾現(xiàn)象.
  

  NEXT(Near End Cross Talk)---近端串音，發(fā)生在傳輸源一端的串音現(xiàn)象FEXT(Far End Cross Talk)---遠(yuǎn)端串音，發(fā)生在接收一端的串音現(xiàn)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(shù)值越趨近于0 dB(or近100%)時，表示雜訊干擾的情況越嚴(yán)重，反之，Xtalk dB數(shù)值越大(or近0%)時，表示雜訊干擾的情況越少

串音產(chǎn)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(dāng)動態(tài)線上有信號通過時,在信號的上升延區(qū)域(即電壓電流變化的區(qū)域).由于線對間的互感和互容的藕合作用，在靜態(tài)線上將感應(yīng)出電流,由于噪音電流在靜態(tài)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(chǎn)生近端串音;另一半向前流動到遠(yuǎn)程，產(chǎn)生遠(yuǎn)程串音.

按照理論公式太復(fù)雜，小編針對串音的通俗理解經(jīng)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(fā)生有不穩(wěn)定的現(xiàn)象,但是當(dāng)?shù)竭_(dá)終點接收端后,有個穩(wěn)定的接收后,其輸入的水流將達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài),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(wěn)定額外的阻止時間并持續(xù)2*TD的時間.

當(dāng)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(dāng)信號前沿傳輸了一個飽和長度后,近端的電流將達(dá)到一個穩(wěn)定值.而當(dāng)動態(tài)線上的信號到達(dá)遠(yuǎn)端端接電阻后,就不再有藕合噪音電流,但是靜態(tài)線上還有后向電流流向靜態(tài)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(xù)2*TD,然后下降到0,其中上升時間等于信號的上升時間.

遠(yuǎn)程串音：

藕合到靜態(tài)線上前向傳播的噪音,移動速度與動態(tài)線上的信號前沿向遠(yuǎn)端傳播的速度相同.在靜態(tài)線上的每一步,一半噪音電流會迭加在已經(jīng)存在的沿線噪音上.直到信號前沿到達(dá)遠(yuǎn)端,才有電流出現(xiàn).即信號達(dá)到遠(yuǎn)端時,遠(yuǎn)端噪音同時到達(dá).因此遠(yuǎn)端噪音電流為一個很短的負(fù)向脈衝,持續(xù)時間等于信號的上升時間TD.近端和遠(yuǎn)端串音的特徵,決定了遠(yuǎn)端串音將在高頻率段產(chǎn)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(dǎo)致,靜態(tài)線產(chǎn)生近端串音.若阻抗上的這一差異越大則NEXT將越大.

遠(yuǎn)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(shù)不同,導(dǎo)致它們的傳播速度不同.差分信號分量將先到達(dá)遠(yuǎn)端,而共模信號分量稍晚點到達(dá)遠(yuǎn)端.它們的差值將導(dǎo)致遠(yuǎn)程串音,若這一速度差異越大將導(dǎo)致遠(yuǎn)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(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)）.

設(shè)計要點：保證線材的均勻性和對稱性,使電容均勻穩(wěn)定是控制串音的基礎(chǔ).串音干擾由于相鄰線間的藕合產(chǎn)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(wěn)定性越差,串音越嚴(yán)重;此外,低特性阻抗有利于低串音,絕緣材料介電系數(shù)越小,串音越低.只有對理論,制程、加工、成本、規(guī)范客戶要求整體把握,才能做好線材開發(fā).對于開發(fā)工程師而言,需要熟悉制程中的每個細(xì)節(jié),不能局限于理論.

絞距差

當(dāng)多對線同時開關(guān)時,對同一根靜態(tài)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(shè)計不同的絞距（CAT5-6都有使用）,使不同線產(chǎn)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(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)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(dá)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(chǎn)生空隙,導(dǎo)致電磁洩露,產(chǎn)生干擾;并使轉(zhuǎn)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(dǎo)致遠(yuǎn)端串音增加.

緊：容易拉斷鋁箔,影響生產(chǎn);太緊會壓傷發(fā)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(shè)計制造過程關(guān)鍵點：

對絞節(jié)距的大小﹑對絞節(jié)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(jié)距不均勻

對絞節(jié)距的大小﹕節(jié)距減小—串音增大﹔節(jié)距增大—串音減小

對絞節(jié)距的配合

加工使用工序過程關(guān)鍵點：

在水晶頭處、模塊中，由于存在著局部平行線結(jié)構(gòu)，此處串?dāng)_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?dāng)_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(xiàn)在對高速網(wǎng)線的建議則是能不解開就盡量不解開)。有些工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的插頭和連接器內(nèi)部平行線/或平行插針過長，也會降低串?dāng)_指標(biāo)值。全屏蔽線減小串?dāng)_的能力最強(qiáng)，但須要屏蔽接地到位。錯開絞接率也會改善串?dāng)_值，但不能太任性，否則延遲偏離參數(shù)就不合格，這會導(dǎo)致同步信號時間基準(zhǔn)偏離過大，造成接收端口識讀數(shù)據(jù)的錯誤率增加。高速鏈路還要增加考察外部串?dāng)_ 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(qiáng)干擾，可以通過測試電力諧波值或電力線可能引發(fā)的外部串?dāng)_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(shù)、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(nèi)部平行導(dǎo)體過長，串?dāng)_指標(biāo)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(shè)計的前期指導(dǎo)，但是設(shè)計完成之后，還是需要依據(jù)生產(chǎn)過程的經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)整方能進(jìn)行批量生產(chǎn)！

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