一種針對遠端串擾噪聲的消除電路設計方法與流程
本發明涉及一種針對遠端串擾噪聲的消除電路設計方法，屬于抑制信號串擾噪聲領域。
背景技術：
隨著電氣電子設備向著小型化和高頻化發展，數據傳輸速率和時鐘速度在穩步提高。然而，近距離和高頻率給傳輸線帶來了不利的近場干擾—串擾。所謂串擾，是指相互靠近的傳輸線之間無意的電磁耦合。在有限的空間內，大量傳輸線內的電磁能量以噪聲的形式相互流動，造成系統內部的相互干擾，這會嚴重影響電氣設備的電磁兼容性。
目前串擾抑制的方法有很多，有的抑制方法出于改變傳輸線結構或耦合參數的原理，例如屏蔽和雙絞結構；有的方法根據不同頻率的信號，設計無源的濾波器作為串擾的抑制手段；還可以通過信道編碼的角度減少串擾對信號完整性的影響。
美國Brian Young教授所著《數字信號完整性：互連、封裝的建模與仿真》一書，關于信號完整性的部分，在對傳輸線的串擾信號的分析中，將串擾信號分為容性耦合和感性耦合兩部分。其中，容性耦合主要通過傳輸線之間的互容耦合而來，感性耦合則主要通過傳輸線之間的互感耦合而來。分別分析容性耦合和感性耦合的信號并聯立，在忽略干擾線傳輸損耗的假設前提下，可以得到受擾線遠端總串擾信號與干擾線近端電壓的關系式。從該表達式出發，考慮在干擾線和受擾線遠端端口間設置一個具有特定傳遞函數的無源網絡，使得該傳遞函數與傳輸線總串擾所構成的傳遞函數符號相反，從而抵消串擾信號，達到串擾抑制的目的。
技術實現要素：
為了消除傳輸線遠端串擾噪聲，本發明提供一種針對遠端串擾噪聲的消除電路設計方法。當消除電路的傳遞函數在一定頻率范圍內近似等于遠端串擾噪聲的傳遞函數的負值時，根據信號疊加原理，通過消除電路傳輸的信號能夠與串擾噪聲相互抵消。
本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
本發明提供一種針對遠端串擾噪聲的消除電路設計方法，包括以下步驟：
步驟1，提取傳輸線的電磁參數矩陣，再根據傳輸線的電磁參數矩陣得到受擾線遠端串擾噪聲與近端信號源的關系式；
步驟2，根據受擾線遠端串擾噪聲與近端信號源的關系式，得到遠端串擾信號的傳遞函數；
步驟3，在干擾線與受擾線遠端之間添加消除電路，使得消除電路的傳遞函數與遠端串擾信號的傳遞函數相互抵消，從而消除遠端串擾。
作為本發明的進一步優化方案，步驟3中所述消除電路為RC或RL無源網絡。
作為本發明的進一步優化方案，步驟3中所述消除電路的傳遞函數H(ω)＝-Hsf(ω)，其中，Hsf(ω)為遠端串擾信號的傳遞函數。
作為本發明的進一步優化方案，步驟2中所述遠端串擾信號的傳遞函數其中，l為傳輸線的長度，Z0為傳輸線的特征阻抗，Cm為傳輸線間的單位長度耦合電容，Lm為傳輸線間的單位長度耦合電感。
作為本發明的進一步優化方案，步驟1中根據傳輸線的實際結構進行建模仿真，利用電磁參數提取工具提取傳輸線的電磁參數矩陣。
本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明一種針對遠端串擾的消除電路設計方法，能夠消除傳輸線遠端串擾噪聲。當消除電路的傳遞函數在一定頻率范圍內近似等于遠端串擾噪聲的傳遞函數的負值時，根據信號疊加原理，通過消除電路傳輸的信號能夠與串擾噪聲相互抵消。
附圖說明
圖1基于傳遞函數的多導體傳輸線遠端串擾消除示意圖。
圖2為傳輸線微單元容性耦合示意圖。
圖3為傳輸線微單元感性耦合示意圖。
圖4為傳輸線間遠端串擾的電路模型和信號結構圖，其中，(a)為傳輸線間遠端串擾的電路模型，(b)為傳輸線間遠端串擾的信號結構圖。
圖5為RC二端口網絡。
圖6為基于RC微分補償電路的串擾消除電路接法。
圖7為RL二端口網絡。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：
本發明一種針對遠端串擾的消除電路設計方法，解決在弱耦合條件下，多導體傳輸線的遠端串擾噪聲對信號完整性的影響。采用的技術方案為：提取傳輸線的電磁參數，根據推導出的遠端串擾噪聲與近端信號源的關系式，得到相應的傳遞函數，通過網絡綜合，在近似的條件下將擬合出的網絡加載在傳輸線末端干擾線與受擾線之間，從而達到消除或一定程度抑制串擾的作用。
如圖4中(a)和(b)所示分別為傳輸線間遠端串擾的電路模型和信號結構圖。首先求出信號結構圖中的傳遞函數，從該信號結構圖出發，通過網絡綜合得到消除電路的組成和接法。由此，遠端串擾消除電路設計的具體步驟為：
1.將傳輸線實際結構進行建模仿真，利用電磁參數提取工具對傳輸線電磁參數進行分析，得到傳輸線的電磁參數矩陣，尤其需要傳輸線間的互容和互感參數。
2.如圖2所示為dz長度的傳輸線微單元容性耦合示意圖，其中unc和ufc分別表示微單元模型的近端電壓和遠端電壓，參考點為地。假設傳輸線的特征阻抗為Z0，流過電容上的電流為ic，經電容耦合的電流到受擾線上后分成in和if兩部分，于是有：
unc＝inZ0
ufc＝ifZ0
ic＝in+if
忽略干擾線的傳輸損耗，則兩條傳輸線間通過互容耦合的電流為：
其中，Cm為傳輸線間的單位長度耦合電容，us為干擾線源電壓。
綜合以上各式，可得：
同理可由圖3可以得到感性耦合串擾公式：
其中，Lm為傳輸線間的單位長度耦合電感。
聯立以上兩式，從z＝0到z＝l積分，可得：
其頻域表達式為：
式中，ω為角頻率，l為傳輸線的長度，Cm為傳輸線間的單位長度耦合電容，Lm為傳輸線間的單位長度耦合電感，Z0為傳輸線的特征阻抗，為干擾線上的輸入電壓。
由上述分析可知，對于如圖4中(a)所示的串擾電路模型可以簡化為圖4中(b)所示的傳輸線信號結構圖，其中，遠端串擾信號的傳遞函數為：
因此可以通過網絡綜合，得到在一定頻率范圍內傳遞函數Had近似等于Hsf的負值的網絡，即可消除該頻率范圍內的遠端串擾，如圖1所示，其中us和u's分別為干擾線和受擾線的電源，ZL為源阻抗和負載阻抗，Had(ω)為用于串擾消除的傳遞函數。
本發明中在干擾線和受擾線遠端端口之間添加一個RC或RL無源網絡，使該無源網絡的傳遞函數能夠與形成遠端串擾信號的傳遞函數相互抵消，進而達到消除串擾的目的。
對于如圖5所示的RC二端口網絡，其傳遞函數為：
其中，分別為RC二端口網絡的輸入電壓和輸出電壓，R為RC二端口網絡中的電阻，C為RC二端口網絡中的電容。
當滿足條件|ωRC|＜＜1時，上式近似為：
HRC(ω)＝jωRC
令HRC(ω)＝-Hsf(ω)，則當在干擾線終端和受擾線終端接上如圖4所示的RC二端口網絡時，即可消除由干擾線產生的遠端串擾，并取R＝Z0，由上述條件得：
考慮傳輸線相互之間的串擾，需要在干擾線與受擾線終端均接上這樣的RC微分消除電路，電路簡化后的接法如圖6所示。
對于如圖7所示的RL二端口網絡，其傳遞函數在滿足條件時為：
HRL(ω)＝jωL/R
其中，L為RL二端口網絡的電感，R為RL二端口網絡的電阻。
同樣令HRL(ω)＝-Hsf(ω)，則當在干擾線終端和受擾線終端接上如圖7所示的RL二端口網絡時，即可消除由干擾線產生的遠端串擾。
本發明在干擾線和受擾線遠端端口之間添加消除電路(無源網絡)，根據遠端串擾信號的傳遞函數對該網絡進行綜合，干擾線遠端信號通過該無源網絡加載在受擾線遠端端口上的信號與相應的串擾信號相互抵消，該無源網絡具有抵消傳輸線耦合的功能特性。
本發明首先根據傳輸線尺寸參數和布局參數，提取傳輸線耦合電容和耦合電感，代入遠端串擾公式得到遠端串擾噪聲的傳遞函數，將該傳遞函數取反并進行網絡綜合，即可得到該無源消除電路。由于通過網絡綜合得到的消除電路并不唯一，因此消除電路需要按照所要消除的端口正確接入傳輸線端口電路中，考慮到干擾線和受擾線之間相互存在的串擾，還需要對并聯的消除電路進行合并簡化。
以上所述，僅為本發明中的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
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