信號串擾（Crosstalk）是指在信號傳輸過程中，一條信號線上的信號對相鄰信號線產(chǎn)生的干擾，這種干擾是由于電磁場耦合或直接電容、電感耦合引起的。根據(jù)耦合類型和位置的不同，信號串擾主要分為以下幾類：

1.近端串擾（Near-End Crosstalk, NEXT）：發(fā)生在信號源端附近，一條信號線上的信號變化導致相鄰信號線上感應出的干擾。

2. 遠端串擾（Far-End Crosstalk, FEXT）：串擾信號在傳輸線的遠端接收端表現(xiàn)出來，即一條信號線上的信號變化在另一條信號線的遠端檢測到的干擾。

3. 地彈（Ground Bounce）：由于多條信號線同時切換時，公共地線的阻抗導致地線電壓變化，進而影響所有信號線。

度娘哪里能搜到不少算crosstalk的工具，通常它們只計算近端串擾（NEXT），沒有計算遠端串擾（FEXT），因為近端串擾NEXT是串擾的主要成分，本質(zhì)上，串擾的產(chǎn)生是由于電信號在通過傳輸線時，產(chǎn)生的電場線穿過了相鄰的傳輸線，而導致相鄰的傳輸線上也產(chǎn)生了電信號，如上圖所示，用網(wǎng)分測試的時候，差分 S 參數(shù) Sdd31 表示近端串擾，Sdd41 表示遠端串擾。Sdd31 定義為端口3(受害網(wǎng)絡信號輸入端)感應電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡信號輸入端)入射電壓的增益比，而 Sdd41 定義為端口4(受害網(wǎng)絡信號輸出端)感應電壓相對于端口1(入侵網(wǎng)絡信號輸入端)入射電壓的增益比.

NEXT和FEXT的波形如【下圖示】：紅色波形，是NEXT，藍色波形是FEXT.

NEXT近端串擾(Near End Cross-Talk)：串擾(NEXT/FEXT)會改變鄰近線對中的傳輸信號波形，干擾鄰近線對的正常傳輸，導致誤碼率上升甚至完全不能聯(lián)網(wǎng)，串擾強度跟絞接率直接相關(guān)，絞接率越大，抵消干擾能力越強，串擾越小.平行線絞接率為零，串擾最大，當線間距很近，且并行走線距離很長的微帶線的時候，只算NEXT會跟實際情況有差異，因為Stripline在遠端由互容和互感產(chǎn)生的FEXT方向相反，大小一致，可以被抵消，而微帶線則不能夠完全被抵消，且互感產(chǎn)生的FEXT會隨著線長而累加，因此走線越長，互感帶來的FEXT越大，在ATE load board上，走線一般比較長，為了避免FEXT，在保證間距的同時，盡量不要平行走線.

好了，我們大概知道串音是個什么了，我們來一起看看它是怎么算的.

因為互容、互感，都是在驅(qū)動信號發(fā)生變化時（上升沿或下降沿）對Victim線產(chǎn)生影響的，所以我們首先要知道Victim線上，也就是crosstalk信號的上升沿的時間，以及這個上升沿的Spatial Extent是超過了還是小于傳輸線的耦合長度。當耦合的長度，放不下這個上升沿的時候，那么Crosstalk的幅度，會與傳輸線的長度成正比。當傳輸線的長度大于，Spatial Extent的時候，Crosstalk的幅度會達到一個固定值，如下圖所示：

串音產(chǎn)生原理﹕

串音干擾可以從電容電感藕合角度去理解,也可以從差分信號和共 模信號分量角度去理解.

藕合角度描述：

當動態(tài)線上有信號通過時,在信號的上升延區(qū)域(即電壓電流變化的區(qū)域).由于線對間的互感和互容的藕合作用，在靜態(tài)線上將感應出電流,由于噪音電流在靜態(tài)線上每個方向上感受到的阻抗都相同,所以前向和后向的電流量將相等. 其中一半向后流回到近端,產(chǎn)生近端串音;另一半向前流動到遠程，產(chǎn)生遠程串音.

按照理論公式太復雜，小編針對串音的通俗理解經(jīng)驗分享如下：管道裡的水向前流,過程中由于管道孔徑或管道有凸起物等諸多因素讓水流的速度發(fā)生有不穩(wěn)定的現(xiàn)象,但是當?shù)竭_終點接收端后,有個穩(wěn)定的接收后,其輸入的水流將達到一個穩(wěn)定狀態(tài),但是在過程中仍有由于遇到障礙而往后流的水流向供水端,這段額外的阻止時間為延時TD,近端串音就是水流從不穩(wěn)定額外的阻止時間并持續(xù)2*TD的時間.

當兩條傳輸線靠近時，互容和互感將增加，從而使NEXT增加

近端串音：

當信號前沿傳輸了一個飽和長度后,近端的電流將達到一個穩(wěn)定值.而當動態(tài)線上的信號到達遠端端接電阻后,就不再有藕合噪音電流,但是靜態(tài)線上還有后向電流流向靜態(tài)線的近端,這段額外時間等于時延TD.近端串音就是藕合電流上升到一個恒定值并持續(xù)2*TD,然后下降到0,其中上升時間等于信號的上升時間.

遠程串音：

藕合到靜態(tài)線上前向傳播的噪音,移動速度與動態(tài)線上的信號前沿向遠端傳播的速度相同.在靜態(tài)線上的每一步,一半噪音電流會迭加在已經(jīng)存在的沿線噪音上.直到信號前沿到達遠端,才有電流出現(xiàn).即信號達到遠端時,遠端噪音同時到達.因此遠端噪音電流為一個很短的負向脈衝,持續(xù)時間等于信號的上升時間TD.近端和遠端串音的特徵,決定了遠端串音將在高頻率段產(chǎn)生很大威脅,而近端串音則在中頻率段影響較大.

從差分信號分量和共模信號分量角度描述:

近端串音：

差分信號分量和共模信號分量在差分對上所感受到的阻抗不同,這 一阻抗上的差異將導致,靜態(tài)線產(chǎn)生近端串音.若阻抗上的這一差異越大則NEXT將越大.

遠程串音：

由于共模信號分量和差分信號分量電力線分佈不同,所感受到的有效介電系數(shù)不同,導致它們的傳播速度不同.差分信號分量將先到達遠端,而共模信號分量稍晚點到達遠端.它們的差值將導致遠程串音,若這一速度差異越大將導致遠端串音能量越大,FEXT越大.

避免信號串擾的措施主要包括

?信號線間距增大：減小串音最根本最經(jīng)濟的途徑是增加鄰近線對間的距離,因此,設(shè)計不同的絞距（CAT5-6都有使用）,使不同線產(chǎn)生的噪音錯位,可以削弱串音的疊加. 但此方法在高頻段作用不大,反而會影響線間的延時差.因此,此方式適合中低頻,而不適合高頻段；反正最終的意思就是使它們儘量脫離藕合作用范圍；減少相鄰信號線間的耦合效應。但是實際制程上,這一方式受到線材結(jié)構(gòu),加工和客戶要求的限制.在實際制程允許的情況下,儘量加大鄰近線間的距離（如：CAT6的十字隔,排線等結(jié)構(gòu)）.

?差分信號對使用：通過兩條信號線在同一時間以相反極性傳輸，大大降低了它們之間的串擾。

?控制走線長度和方向一致：保持信號線長度接近，減少信號傳輸時間差異造成的干擾。

2. 屏蔽與隔離：（通過將屏蔽導體中產(chǎn)生感應電流（渦流）接地,吸收串音能量.沒有被吸收的能量將在屏蔽導體和信號線間來回反射最終吸收.）

?屏蔽層：在多層PCB板中，可以使用地平面或金屬屏蔽罩包裹信號層，減少不同層之間的串擾。

?屏蔽電纜：使用屏蔽雙絞線或多對屏蔽電纜，內(nèi)部信號線受到屏蔽層的保護，減少外來干擾和串擾。

a.鋁箔屏蔽：效果受重迭率的影響,通常需要達到25%以上.鋁箔包的松與緊對屏蔽影響也很大.

包覆太松：易彎曲變形,產(chǎn)生空隙,導致電磁洩露,產(chǎn)生干擾;并使轉(zhuǎn)移阻抗突變,引起反射和衰減問題;還會使差分信號分量和共模信號分量的傳播速度差異加大,導致遠端串音增加；

包覆太緊：容易拉斷鋁箔,影響生產(chǎn);太緊會壓傷發(fā)泡絕緣.引起電容突變.

b.編織屏蔽：外層編織屏蔽效果受到遮蔽率影響,越高越好,但成本也會增.

3. 信號速率控制與編碼技術(shù)：

?降低信號速率可以減少信號上升沿和下降沿的速度，從而減弱其電磁輻射和感應能力。

?使用曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等可以降低串擾影響的編碼方式。

4. 降低信號回流路徑阻抗：

?確保信號的地回流路徑盡量短且阻抗低，避免地彈效應引起的串擾。

通過以上措施，可以顯著降低信號間的串擾，提高信號完整性和系統(tǒng)性能在設(shè)計高速數(shù)字電路和通信系統(tǒng)時，對抗串擾是一項必不可少的工作。