上下層高速線參考同一個地平面，串擾應該很大吧？

公眾號 | 高速先生

作者 | 黃剛

高速信號發展越來越快，無論是PCB設計工程師還是硬件工程師接收到的高速理論也越來越多了，什么趨膚效應，玻纖效應，邊緣輻射效應等等，隨便都能脫口而出十個八個SI理論。有時候理論學得多本身當然是好事，但是怕就怕在理論越多，做起設計來越畏首畏尾了。Chris最近也比較忙，所以也比較少去深入到設計部去收集案例了，難得有一位資深的設計部同事Kevin找到我，問起這個問題來……

嗯，他的問題就很清晰了，也就是上下兩層高速走線L10和L12層共用一個參考層L11層。沒想到Chris沒過幾秒鐘立馬就回復了：

可能是生怕表達得不全面，Kevin又特意補了一句：

問題感覺看起來更嚴重了啊，又是TX和RX的反向信號的串擾場景，而且兩層走線在投影上還是重疊的，這還能沒串擾，換誰都不敢輕易相信啊！等來的回復也還是Chris輕描淡寫的一句話：

Kevin也算是非常非常資深的設計部員工了，平時SI理論的確也看得夠多，但是看起來也是一副難以置信的樣子。

為了緩和這尷尬的氣氛，Chris主動提出：要不寫篇文章吧？

其實不僅是很多設計部的老員工問過這事，包括很多做高速的客戶也問過，看起來這并不是一句沒影響就能說服大家的哈，寫篇文章，做個仿真驗證可能是更好的方式。

驗證的方式也很簡單，也就是建個3D模型，綠色和紅色的兩層相鄰層走線共用一個GND平面層，然后就仿真下串擾就好了。

刷一下就仿真完成了，本來想打開串擾的結果來看看，結果發現：縱坐標從0到100dB的界面上居然是空白的？？？

什么鬼？仿真過程有問題，結果沒出來？別急嘛，要不把串擾量級放大到300dB界面再看看，如下所示：

額……原來是有串擾結果跑出來的，只是串擾太太太太太小了，小到超過了我們的認知，基本上和沒有串擾也沒兩樣了。

可能從串擾這個曲線上還不一定能說服大家，那要不……我們看看磁場？

首先是上下兩對走線都一起工作的時候的磁場圖如下：

這不和很多人想象的一樣嗎，兩對走線同時工作，他們都會產生磁場啊，而且磁場幅度也很強，怎么會沒有串擾呢？這里要糾正大家認識一個誤區哈，的確兩對信號本身在工作，肯定會有很強的磁場，但是判斷他們之間有沒有串擾，不是單純的看磁場強不強，還看磁場有沒有交集。如果磁場沒交集的話，哪怕強到無邊，其實它們也沒有串擾！

到底怎么算有交集，怎么算沒交集呢？很簡單嘛，我們只讓上面的那對高速信號在工作，下面的保持靜止狀態，我們看看上面的磁場能不能影響到下面的走線就知道了。

結果是這樣的：

是不是顛覆了很多人的認知，上面信號線產生的強磁場居然一點都沒法穿過中間的地平面，壓根影響不到下面靜止的信號。所以，它們的磁場沒有交集，也就是所有……它們一丁點串擾都沒有哈！

還得是Kevin，關于Chris上面回答的“完整”兩個事，讓Kevin又逮到了機會。

還好Chris也早有準備，拿出來繼續應對的話術：

行吧，本身文章寫到這就完了，既然Kevin那么熱愛學習，那Chris當然不會掃同事的興。就按照上面這個簡筆畫繼續驗證下，如果有其他非地的過孔打斷平面之后，到底相鄰的兩層高速信號線會不會還是沒有串擾？

于是Chris又建了另外一個模型，而且還是個過孔打斷平面距離不同的動圖，如下所示：

也就是想驗證下打斷過孔的位置距離走線從遠到近的變化時，串擾到底還能不能一直保持很理想的情況哈。打斷過孔的位置從最遠的30mil到最近的10mil，每隔5mil一種，一共5種case的掃描。

不賣關子啦，文章已經很長了，要是再長點大家都不看了哈。直接看仿真掃描后的結果，如下所示：

可以看到，被過孔打斷后，平面就變得不是完整的狀態了，這個時候就和很多朋友想象的一樣了，串擾就有了，而且隨著平面打斷的位置距離走線越近（例如最近10mil的狀態下），串擾就明顯了。

我們來看看10mil距離下，同樣只讓上面那對高速線工作，下面高速線靜止時的磁場。

可以看到，當平面變得不完整之后，上面信號的磁場就能夠通過過孔的縫隙穿到下面靜止的信號中了，那就是磁場有交集了，這不就真的有串擾了嘛！

好久沒寫過那么長的文章了，當然的確也感謝Kevin給Chris提供的素材。這個問題相信不止Kevin有疑惑的，我司很多設計部同事，包括很多外部的客戶都有疑惑，剛好借著這個機會就一篇文章說清楚了，也算是給大家一個很好的仿真結論支撐，讓大家以后遇到這種很常見的高速走線設計方案時再也不慌了哈！

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