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现在高速高密电路中，串扰问题越来越严重。对于电路的抗干扰性能设计，也是很多工程师很头痛的问题，这也是一个非常复杂的技术问题。对于PCB设计而言，主要做好以下几点，即可以在很大程度上减少信号受到的干扰。

1. 增大布线空间距离

设计意义：

• 增大信号之间的间距可以减少电磁场耦合，降低串扰（Crosstalk）效应。

• 在高密度设计中，虽然空间有限，但关键信号（如时钟线、高速总线）应尽量优先分配较大的间距。

补充建议：

• 对于高速差分对，如LVDS、USB、HDMI等，差分对之间的距离应远大于差分对内部的线间距（常用3W规则）。

• 使用布线工具中的串扰分析功能，标记关键布线区域。

  
  

串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

串扰是信号完整性中最基本的现象之一，在板上走线密度很高时串扰的影响尤其严重。我们知道，线性无缘系统满足叠加定理，如果受害线上有信号的传输，串扰引起的噪声会叠加在受害线上的信号，从而使其信号产生畸变。

串扰是由电磁耦合引起的，耦合分为容性耦合和感性耦合两种。

根据电磁波传播的自由空间传播模型，信号的强度随着距离的增加呈平方反比衰减。

串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望

的电压噪声。

容性耦合是由于干扰源（Aggressor）上的电压变化在被干扰对象（Victim）上

引起感应电流从而导致的电磁干扰；

而感性耦合则是由于干扰源上的电流变化产生的磁场在被干扰对象上引起感应电压从而导致的电磁干扰。因此，信号通过一导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号：容性耦合信号和感性耦合信号。

2. 数模信号分区域

设计意义：

• 数字信号因开关频率高，噪声频谱宽，对模拟信号容易造成干扰。

• 分区域设计能减少耦合干扰，改善信号完整性和电磁兼容性（EMC）。

补充建议：

• 数字区域和模拟区域在电路上应物理隔离，并且尽量减少跨区域布线。

• 如果必须跨区域，则要确保跨区域的布线使用单点接地，避免形成地回路。

  
  

数字信号电平有较强的抗干扰能力，而模拟信号的抗干扰能力很差。举个例子，3V 电平的数字信号，即使接收到 0.3V 的串扰信号，也可以容忍，不会对逻辑状态产生影响。但在模拟信号领域，有些信号极微弱，例如 GSM 手机的接收灵敏度能够做到-110dBm 的指标，仅相当于 0.7uV 的正弦波有效值。在 LNA 前端即使接收到 uV 数量级的带内干扰噪声，也足以使基站接收灵敏度大幅度劣化。这种轻微干扰可能来自数字控制信号线或电源地线上的细小的噪声。
从系统的观点来看，数字信号一般只在板上或框内传送。比如内存总线信号、电源控制信号等，只要保证从发送端到接收端接收到的干扰不足以影响逻辑状态的判别即可。而模拟信号需要经过调制、变频、放大、发射、空间传播、接收、解调等一系列过程才能被回复。在此过程之中噪声不断地跌价到信号上，从系统的角度来讲必须保证最终的信噪比满足要求才能正确解调。最大的干扰来自空间传播的衰减和噪声，为了达到更好的通讯性能，必须尽可能减小板内互连引入的串扰。
因此可以认为，模拟信号对串扰的要求比数字信号高几十倍，甚至有可能达到几万倍。

3. 信号网络不要穿过高速IO接口

设计意义：

• 高速接口的插拔动作可能产生瞬态干扰（如ESD、电磁噪声），容易耦合到附近的信号。

• 这类干扰随机性高，难以通过滤波解决，避免布线是最直接的解决方案。

补充建议：

• 对于高速IO接口（如USB、RJ45等），可以在接口附近布置必要的保护电路，如静电抑制二极管。

• 布线时保持接口周围的保护环路完整，例如通过铜箔或包地线进行隔离。

  
  

4. 信号网络不要穿过PTH的电感、电容、晶振

设计意义：

• PTH元件（插件元件）会引入非理想寄生参数（如分布电感和电容），导致信号质量恶化，增加反射和噪声耦合。

• 晶振等高频元件周围电磁场强，容易干扰信号的稳定性。

补充建议：

• 晶振附近的地面必须完整，确保无“信号穿越”现象，并对关键信号线采取避让设计。

• 电容和电感尽量靠近负载放置，减少通过这些器件的回路长度。

  
  

5. 包地设计

设计意义：

• 包地（Guard Trace）能有效减少高速信号的电磁辐射，同时抑制外界电磁干扰的耦合。

• 不过包地设计不当可能导致信号阻抗变化，带来反射问题。

补充建议：

• 包地的参考地面需和系统的实际接地良好连接，不能孤立悬空。

• 包地设计可以结合差分对布线，使用等距包地，并加密地孔，保证信号稳定。

  
  

  
  

6. 电源设计

设计意义：

• 电源的稳定性直接影响整个电路系统的抗干扰能力。电源噪声（Ripple/Noise）容易耦合到敏感信号上，导致性能退化甚至故障。

补充建议：

• 去耦电容的摆放应靠近芯片的电源引脚，同时在多个频段设置不同的电容值（如0.1μF、10nF、1nF）。

• 设计电源平面时，避免与信号线交叉布线。

• 高功率器件的电源布线应避免长距离串联，优先采用“星形供电”或多点分布方式。

  
  

  
  

7. 地平面设计

设计意义：

• 地平面为信号提供低阻抗的回流路径，其完整性直接影响电路的抗干扰性能和信号质量。

• 不完整的地平面会造成“地弹”效应（Ground Bounce）和信号反射，尤其在高速电路中影响显著。

补充建议：

• 尽量减少切割地平面，尤其是高速信号回流路径附近。

• 数字地和模拟地的分割应清晰明确，并通过单点连接实现电势统一。

• 对于多层板设计，优先将地平面布置在靠近高速信号层的位置，以减小返回路径的环路面积。

以上7点是减少干扰、提升抗干扰性能的重要指导原则。在实际设计中，工程师需综合考虑信号频率、布线密度、电源噪声等多种因素，辅以仿真工具（如SI/PI仿真）进行优化，最终在板级实现优良的抗干扰性能。

关键词： PCB 电路设计

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