PCB上的串?dāng)_的產(chǎn)生機(jī)制，可以認(rèn)為有三種：電感耦合，電容耦合還有共阻耦合(common-impedance coupling)。

電感/電容耦合

假設(shè)兩條微帶線，中心到中心的距離為d，如下圖所示。

當(dāng)信號(hào)沿著傳輸線傳播時(shí)，微帶線周圍開始有電場(chǎng)線和磁場(chǎng)線。

但是，這些電場(chǎng)線和磁場(chǎng)線并不是只在信號(hào)和它相關(guān)的回路中，而是會(huì)延伸到周圍區(qū)域。如下圖所示。

從傳輸線發(fā)出的電場(chǎng)終止與任何相鄰的金屬結(jié)構(gòu)；傳輸線周圍的磁場(chǎng)也會(huì)部分環(huán)繞在任何相鄰的金屬結(jié)構(gòu)周圍。

那如果相鄰的金屬結(jié)構(gòu)恰好是一根信號(hào)傳輸線呢?

則該根傳輸線會(huì)由于接收到的施擾微帶線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，而產(chǎn)生相應(yīng)的電流和電壓。

很顯然，如果兩條傳輸線之間的間隔增加，信號(hào)傳輸線接收到的場(chǎng)會(huì)迅速下降。

但是，如果它們足夠近，則相鄰信號(hào)傳輸線則會(huì)上產(chǎn)生的干擾電流。而這些干擾電流，和傳輸線上本來的信號(hào)電流一樣，也會(huì)經(jīng)歷反射、失真和輻射。

也就是說，如果有個(gè)很臟的微帶線A，它旁邊有個(gè)很干凈的微帶線B，則B就會(huì)被A弄臟，而且如果B正好靠近輸出端，則B就會(huì)把從A耦合過來的噪聲輻射出去。

微帶線之間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合，分別被稱為電容和電感耦合。?

電容耦合和電感耦合，它們各自對(duì)串?dāng)_的影響很大程度上取決于電路布局。

下圖所示，是串?dāng)_的簡(jiǎn)化模型，包含了PCB上傳輸線之間的電容和電感耦合。

CG，存在于微帶線和參考平面之間，會(huì)影響微帶線的特性阻抗和信號(hào)傳播延遲。

CM, ?存在于微帶線之間，是不希望的電容耦合。

LA和LV分別代表施擾和受擾微帶線的自感，會(huì)影響微帶線的特性阻抗和信號(hào)傳播延遲。

LM，代表兩跟微帶線之間的互感 LM ，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電路之間的電感耦合。

在電小尺寸的微帶線中，電容耦合表現(xiàn)為與受擾線并聯(lián)的電流源，電感耦合表現(xiàn)為與受擾線串聯(lián)的電壓源。

具體關(guān)系，如下列式子所示：

其中，IC和VL分別是受擾微帶線中的電容感應(yīng)電流和電感感應(yīng)電壓，這是由于施擾微帶線中的源電壓 VS 和電流 IS 的變化而引起的。

實(shí)際情況中，電容和電感串?dāng)_機(jī)制同時(shí)存在。

電容耦合，在受擾微帶線上產(chǎn)生的電容感應(yīng)電流會(huì)向兩端傳播，即分別向前傳播、朝向遠(yuǎn)端ICF，和向后傳播、朝向近端ICN。

電感耦合，在受擾微帶線上產(chǎn)生的電感感應(yīng)電壓，在受擾微帶線上產(chǎn)生電流(ILF,ILN)，其方向與IS相反。(參考文獻(xiàn)中，IILF,ILN的方向可能標(biāo)注錯(cuò)了，這里改了一下，上圖紅色標(biāo)注)

因此，電容耦合和電感耦合信號(hào)在向后傳播時(shí)，電流疊加，耦合增強(qiáng)；在前向傳播時(shí)，電流趨于抵消。

向后流動(dòng)的總耦合信號(hào)稱為“反向串?dāng)_”或“近端串?dāng)_”（NEXT），而向前流動(dòng)（實(shí)際上抵消）的總耦合信號(hào)稱為“前向串?dāng)_”或“遠(yuǎn)端串?dāng)_” ”（FEXT）。?

近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_的特征顯著不同：近端串?dāng)_是一個(gè)恒定幅度的脈沖，其脈沖寬度為走線之間耦合區(qū)域傳播時(shí)間的兩倍，而遠(yuǎn)端串?dāng)_的特點(diǎn)是窄脈沖，其寬度等于干擾信號(hào)的transition time，信號(hào)度隨著走線之間的耦合區(qū)域的增加而增加。

那怎樣減少電感和電容耦合呢？

答案就是，減小微帶線和參考平面的距離。

微帶線與參考平面之間距離減小，CG增加，電容耦合顯著減小。?

微帶線與參考平面之間距離減小，參考平面成為首選返回路徑，電感耦合也大大減少。

在數(shù)字電路中，由于數(shù)字驅(qū)動(dòng)器的低阻抗特性，電感耦合比電容耦合更占主導(dǎo)地位，而電容耦合在高阻抗（通常是模擬）電路中更占主導(dǎo)地位。

共阻抗耦合

PCB?中的第三種也是非常重要的耦合機(jī)制是共阻抗耦合。

施擾微帶線的回流路徑和受擾微帶線的回流路徑公用一部分，從而產(chǎn)生共阻抗耦合。

當(dāng)嘈雜的大電流（例如數(shù)字）電路與敏感（例如模擬）電路共享公共返回路徑時(shí)，結(jié)果就是，歇菜。

高頻信號(hào)的回流，大部分存在于微帶線下方的參考平面上，但是有一小部分，會(huì)擴(kuò)散到兩側(cè)。

其在參考平面上的回流密度，可由下式表示：

如上圖所示，JGP(d)A和JGP(d)V分別是施擾微帶線和受擾微帶線的電流密度分布。兩者交疊的部分，即上圖中的灰色部分，即是"影響區(qū)域"，這部分決定了兩根微帶線之間的影響程度。

施擾微帶線回流的一部分，在受擾回流路徑中流動(dòng)，因此施擾微帶線上的噪聲就被耦合到受擾微帶線中。

舉個(gè)例子(感覺原文中的數(shù)據(jù)有點(diǎn)錯(cuò)誤，這邊按照我的理解改了一下)：

假設(shè)一個(gè)高速大電流的MCU和模擬電路公用一個(gè)參考平面。模擬電路中包含一個(gè)24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，假設(shè)其電源為1V，則其最低有效位相當(dāng)于為1/2^24=59nV。

假設(shè)參考平面的阻抗為40uohm，則59nV對(duì)應(yīng)電流為1.5mA。

假設(shè)，MCU需要10A的電流，則1.5mA，相等于10A的數(shù)字電流的 0.015%。

為了避免干擾，必須增加數(shù)字和模擬跡線之間的必要間隔 d，以便 99.985% 的數(shù)字回流包含在距信號(hào)跡線中心線的距離內(nèi)d。

假設(shè)高度h為10 mil ，這需要大于 200 mil（或 5 mm）的間距 d。這個(gè)寬度，在現(xiàn)代 PCB 設(shè)計(jì)中幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

此時(shí)，分割參考平面，是一種解決這種矛盾的方法。

參考文獻(xiàn)：grounds for grounding

編輯：黃飛

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