PCB設(shè)計中耦合的松緊有何影響？

在PCB設(shè)計初期，確定差分信號線寬間距時，我們會面對這么個選擇：相同的阻抗管控，對應(yīng)著不同的線寬間距，4mil/4mil，5mil/8mil或6mil/16mil......其中間距大的我們叫松耦合，間距小的就叫緊耦合。遇到這種情況我們該如何選擇呢？如果我是設(shè)計工程師我就選緊耦合，因為占用的空間小啊，布線容易啊。作為高速先生我就要分析一下松緊耦合的優(yōu)缺點了，因為凡事有利就有弊。
首先從反射的角度來分析，反射最主要的切入點就是阻抗。耦合的松緊會影響傳輸線的各種阻抗參數(shù)，下表顯示了微帶線介質(zhì)厚度為3.8mil，介電系數(shù)為4.5，銅厚1.2mil時，差分阻抗保持在100歐姆，不同線間距對傳輸線阻抗的影響。其中Zse為附近沒有其他傳輸線時的單端阻抗。

從表中可以看到雖然差分阻抗都相同，但共模阻抗相差較大，耦合越緊共模阻抗越大，我們知道理想的共模端接是25歐姆，所以緊耦合的共模反射肯定要比松耦合大。還有信號出pin時，是從無耦合區(qū)域進入耦合區(qū)域，先感受到單根阻抗，再耦合阻抗，在這種情況下，緊耦合兩部分阻抗差也比松耦合大，反射也會越嚴(yán)重。下面我們就仿真驗證一下，我們用case1，case2，case4的線寬間距來搭建鏈路，無耦合區(qū)域長度為30mil，耦合區(qū)域為2000mil。

差分回波損耗和共模回波損耗分別對比如下： （紅：case1；藍色：case2；玫紅：case4）：

插入損耗對比（紅：case1；藍色：case2；玫紅：case4）：
仿真結(jié)果證明了緊耦合的反射確實比松耦合嚴(yán)重，并導(dǎo)致了插損也更差一些。
再從串?dāng)_來分析一下。都說緊耦合抗干擾能力強，事實是否如此呢？同樣用case1，case2，case4的線寬間距來搭建鏈路，攻擊線是單根信號，距離差分對10mil，阻抗50ohm，加了上升沿是100ps的1v階躍信號。
差分噪聲（紅：case1；藍色：case2；玫紅：case4）：
仿真結(jié)果顯示緊耦合的差分噪聲確實要小些哦，那共模噪聲呢？
共模噪聲（紅：case1；藍色：case2；玫紅：case4）：
結(jié)果相反哦，松耦合抗共模噪聲的能力更強些。為什么呢？耦合越緊，干擾源對兩根信號的串?dāng)_就越接近，我們知道差分信號是兩信號相減，串?dāng)_越接近的話抵消的就越多，得到的差分噪聲就越小。但共模信號是兩根信號串?dāng)_電壓的平均值，是相加，所以緊耦合比之松耦合會加劇共模噪聲。
另外松耦合的線寬較緊耦合寬，導(dǎo)體損耗相對小，在長距離的高速信號傳輸時一般都會建議采用5mil以上的線寬。
大家有沒有注意到SFP+協(xié)議中，除了要求差分阻抗達到100ohm，還對耦合程度有個7%的要求。
我們計算對比一下松緊耦合的耦合率有什么不同。
Case 線寬/間距 Zdiff Zcomm Coupling
1 4/4 100.49 36.13 17.9707
2 5.3/8 100.2 29.32 7.853596
3 5.7/12 100.22 27.46 4.579644
4 5.9/16 100.16 26.59 3.002131
從表中看出，規(guī)范更推薦相對的松耦合。