信號(hào)串?dāng)_（Crosstalk）是指在信號(hào)傳輸過程中，一條信號(hào)線上的信號(hào)對(duì)相鄰信號(hào)線產(chǎn)生的干擾，這種干擾是由于電磁場(chǎng)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(hào)串?dāng)_主要分為以下幾類：

1.近端串?dāng)_（Near-End Crosstalk, NEXT）：發(fā)生在信號(hào)源端附近，一條信號(hào)線上的信號(hào)變化導(dǎo)致相鄰信號(hào)線上感應(yīng)出的干擾。

2. 遠(yuǎn)端串?dāng)_（Far-End Crosstalk, FEXT）：串?dāng)_信號(hào)在傳輸線的遠(yuǎn)端接收端表現(xiàn)出來(lái)，即一條信號(hào)線上的信號(hào)變化在另一條信號(hào)線的遠(yuǎn)端檢測(cè)到的干擾。

3. 地彈（Ground Bounce）：由于多條信號(hào)線同時(shí)切換時(shí)，公共地線的阻抗導(dǎo)致地線電壓變化，進(jìn)而影響所有信號(hào)線。

度娘哪里能搜到不少算crosstalk的工具，通常它們只計(jì)算近端串?dāng)_（NEXT），沒有計(jì)算遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT），因?yàn)榻舜當(dāng)_NEXT是串?dāng)_的主要成分，本質(zhì)上，串?dāng)_的產(chǎn)生是由于電信號(hào)在通過傳輸線時(shí)，產(chǎn)生的電場(chǎng)線穿過了相鄰的傳輸線，而導(dǎo)致相鄰的傳輸線上也產(chǎn)生了電信號(hào)，如上圖所示，用網(wǎng)分測(cè)試的時(shí)候，差分 S 參數(shù) Sdd31 表示近端串?dāng)_，Sdd41 表示遠(yuǎn)端串?dāng)_。Sdd31 定義為端口3(受害網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入端)感應(yīng)電壓相對(duì)于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入端)入射電壓的增益比，而 Sdd41 定義為端口4(受害網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸出端)感應(yīng)電壓相對(duì)于端口1(入侵網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(lán)色波形是FEXT.

NEXT近端串?dāng)_(Near End Cross-Talk)：串?dāng)_(NEXT/FEXT)會(huì)改變鄰近線對(duì)中的傳輸信號(hào)波形，干擾鄰近線對(duì)的正常傳輸，導(dǎo)致誤碼率上升甚至完全不能聯(lián)網(wǎng)，串?dāng)_強(qiáng)度跟絞接率直接相關(guān)，絞接率越大，抵消干擾能力越強(qiáng)，串?dāng)_越小.平行線絞接率為零，串?dāng)_最大，當(dāng)線間距很近，且并行走線距離很長(zhǎng)的微帶線的時(shí)候，只算NEXT會(huì)跟實(shí)際情況有差異，因?yàn)镾tripline在遠(yuǎn)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(huì)隨著線長(zhǎng)而累加，因此走線越長(zhǎng)，互感帶來(lái)的FEXT越大，在ATE load board上，走線一般比較長(zhǎng)，為了避免FEXT，在保證間距的同時(shí)，盡量不要平行走線.

好了，我們大概知道串音是個(gè)什么了，我們來(lái)一起看看它是怎么算的.

因?yàn)榛ト荨⒒ジ?，都是在?qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)（上升沿或下降沿）對(duì)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(hào)的上升沿的時(shí)間，以及這個(gè)上升沿的Spatial Extent是超過了還是小于傳輸線的耦合長(zhǎng)度。當(dāng)耦合的長(zhǎng)度，放不下這個(gè)上升沿的時(shí)候，那么Crosstalk的幅度，會(huì)與傳輸線的長(zhǎng)度成正比。當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度大于，Spatial Extent的時(shí)候，Crosstalk的幅度會(huì)達(dá)到一個(gè)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(hào)和共 模信號(hào)分量角度去理解.

藕合角度描述：

當(dāng)動(dòng)態(tài)線上有信號(hào)通過時(shí),在信號(hào)的上升延區(qū)域(即電壓電流變化的區(qū)域).由于線對(duì)間的互感和互容的藕合作用，在靜態(tài)線上將感應(yīng)出電流,由于噪音電流在靜態(tài)線上每個(gè)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(dòng)到遠(yuǎn)程，產(chǎn)生遠(yuǎn)程串音.

按照理論公式太復(fù)雜，小編針對(duì)串音的通俗理解經(jīng)驗(yàn)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(dāng)?shù)竭_(dá)終點(diǎn)接收端后,有個(gè)穩(wěn)定的接收后,其輸入的水流將達(dá)到一個(gè)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(shí)間為延時(shí)TD,近端串音就是水流從不穩(wěn)定額外的阻止時(shí)間并持續(xù)2*TD的時(shí)間.

當(dāng)兩條傳輸線靠近時(shí)，互容和互感將增加，從而使NEXT增加

近端串音：

當(dāng)信號(hào)前沿傳輸了一個(gè)飽和長(zhǎng)度后,近端的電流將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值.而當(dāng)動(dòng)態(tài)線上的信號(hào)到達(dá)遠(yuǎn)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(shí)間等于時(shí)延TD.近端串音就是藕合電流上升到一個(gè)恒定值并持續(xù)2*TD,然后下降到0,其中上升時(shí)間等于信號(hào)的上升時(shí)間.

遠(yuǎn)程串音：

藕合到靜態(tài)線上前向傳播的噪音,移動(dòng)速度與動(dòng)態(tài)線上的信號(hào)前沿向遠(yuǎn)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(huì)迭加在已經(jīng)存在的沿線噪音上.直到信號(hào)前沿到達(dá)遠(yuǎn)端,才有電流出現(xiàn).即信號(hào)達(dá)到遠(yuǎn)端時(shí),遠(yuǎn)端噪音同時(shí)到達(dá).因此遠(yuǎn)端噪音電流為一個(gè)很短的負(fù)向脈衝,持續(xù)時(shí)間等于信號(hào)的上升時(shí)間TD.近端和遠(yuǎn)端串音的特徵,決定了遠(yuǎn)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(hào)分量和共模信號(hào)分量角度描述:

近端串音：

差分信號(hào)分量和共模信號(hào)分量在差分對(duì)上所感受到的阻抗不同,這 一阻抗上的差異將導(dǎo)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(yuǎn)程串音：

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

避免信號(hào)串?dāng)_的措施主要包括

?信號(hào)線間距增大：減小串音最根本最經(jīng)濟(jì)的途徑是增加鄰近線對(duì)間的距離,因此,設(shè)計(jì)不同的絞距（CAT5-6都有使用）,使不同線產(chǎn)生的噪音錯(cuò)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(huì)影響線間的延時(shí)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(hào)線間的耦合效應(yīng)。但是實(shí)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(shí)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(hào)對(duì)使用：通過兩條信號(hào)線在同一時(shí)間以相反極性傳輸，大大降低了它們之間的串?dāng)_。

?控制走線長(zhǎng)度和方向一致：保持信號(hào)線長(zhǎng)度接近，減少信號(hào)傳輸時(shí)間差異造成的干擾。

2. 屏蔽與隔離：（通過將屏蔽導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)體和信號(hào)線間來(lái)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(hào)層，減少不同層之間的串?dāng)_。

?屏蔽電纜：使用屏蔽雙絞線或多對(duì)屏蔽電纜，內(nèi)部信號(hào)線受到屏蔽層的保護(hù)，減少外來(lái)干擾和串?dāng)_。

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

包覆太松：易彎曲變形,產(chǎn)生空隙,導(dǎo)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(huì)使差分信號(hào)分量和共模信號(hào)分量的傳播速度差異加大,導(dǎo)致遠(yuǎn)端串音增加；

包覆太緊：容易拉斷鋁箔,影響生產(chǎn);太緊會(huì)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(huì)增.

3. 信號(hào)速率控制與編碼技術(shù)：

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

?使用曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等可以降低串?dāng)_影響的編碼方式。

4. 降低信號(hào)回流路徑阻抗：

?確保信號(hào)的地回流路徑盡量短且阻抗低，避免地彈效應(yīng)引起的串?dāng)_。

通過以上措施，可以顯著降低信號(hào)間的串?dāng)_，提高信號(hào)完整性和系統(tǒng)性能在設(shè)計(jì)高速數(shù)字電路和通信系統(tǒng)時(shí)，對(duì)抗串?dāng)_是一項(xiàng)必不可少的工作。