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串擾(示波器圖)原圖鏈接來自 知乎 的圖片

串擾是兩條信號線之間的耦合、信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發耦合電流,而感性耦合引發耦合電壓。 PCB板層的參數、信號線間距、驅動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串擾都有一定的影響。 隨着科學技術的發展,計算機價格越來越低,性能越來越好,局域網的傳輸速度越來越快,局域網的傳輸介質也從同軸電纜轉向了雙絞線和光纖,雙絞線從最初的CAT1、CAT3、CAT5發展到了CAT5E、CAT6、CAT6A、CAT7。[1]

釋義

雖然雙絞線性能在一直不斷的提高但是有一個參數像幽靈一樣一直伴隨着雙絞線,而且伴隨着雙絞線的發展,這個參數也越來越重要。這個參數就是-------串擾 (Crosstalk)。

串擾是指一個信號在傳輸通道上傳輸時,因電磁耦合而對相鄰的傳輸線產生不期望的影響,在被干擾信號表現為被注入了一定的耦合電壓和耦合電流。過大的串擾可能引起電路的誤觸發,導致系統無法正常工作。AB之間的門電路稱為干擾源網絡(Aggressor Line),CD之間的門電路稱為被干擾源網絡(Victim Line)。只要干擾源一改變狀態,我們就可以觀察到受害源處的脈衝串擾。

危害

串擾可能是數據進行高速傳輸中最重要的一個影響因素了。它是一個信號對另外一個信號耦合所產生的一種不受歡迎的能量值。根據麥克斯韋定律,只要有電流的存在,就會有磁場存在,磁場之間的干擾就是串擾的來源。這個感應信號可能會導致數據傳輸的丟失和傳輸錯誤。 所以串擾對於綜合布線來說,無疑是個最厲害的天敵。

表現方式

CAT1、CAT3、CAT5、CAT5E、CAT6、CAT6A、CAT7它們之間的區別就是銅絲直徑越來越粗、扭矩越來越小、2根線纜扭的越來越緊、線對之間的間隔物越來越多(十字骨架、鋁箔、麥拉、排流線、銅絲編織網)、頻率從16MHz到100MHz、250MHz、500MHz、600MHz等等但是串擾也跟着發生着變化從線對於線對之間的NEXT、PSNEXT、FEXT、ELFEXT發展到線纜之間的ANEXT、PSANEXT,這些都是串擾的延伸,串擾的表現方式。

在串擾的測試中,高的測試值(dB)優於低的測試值。因為串擾的數值是有用信號與噪音信號之間的比值。高的測試值意味着有用信號遠遠大於噪音,低的測試值意味着有用信號與噪音之間的差別不大,對於接收方來說,無法正確接收信號,造成數據包丟失的現象。Crosstalk與頻率有關,當頻率的增加時,串擾值變得更低 ,這就需要增大銅絲直徑,增加線纜的扭矩,增加十字骨架將線纜隔開,增加外護套厚度或增加屏蔽層等等各種生產工藝來解決越來越棘手的串擾問題。

近端串擾

近端串擾(NEXT),該串擾是當設備在發送端傳輸的信號耦合到另一對線的相鄰接收端引起的。這是傳輸速率小於100Mbps最重要的串擾。然而隨着傳輸數據的速率越來越高,雙絞線所有線對都需要傳輸數據即採用的是平行傳輸模式的方法。LAN 系統還會受到其他串擾的影響-遠端串擾(FEXT)和等效遠端串音干擾(ELFEXT)。遠端串擾(FEXT)是指由電纜鏈路近端對別的線對上的信號引起的、感應到遠端線對上的信號。ELFEXT是由衰減與FEXT相減而得的。相對於FEXT,ELFEXT更具有實際意義,因為隨着長度的增加FEXT肯定會發生一定的變化,這就意味着,相同的線纜在不同的長度,測得的FEXT為不同值,這也就無法衡量線纜的質量,但是ELFEXT由於引入了衰減這個參數,就使得在線纜測試時有更加實際的意義,所以測試報告中會經常出現ELFEXT而不是FEXT這個參數。

外部串擾

隨着傳輸速率的提高,比如火熱的802.3an標準10G Base-T中,500MHz的高頻率使得以前可以忽略的線纜與線纜之間的干擾,也被開始考慮在其中,這就是外部串擾ANEXT(Alien crosstalk),如果這個參數不合格,10Gbps的速率就會大打折扣,甚至無法運行。CAT7直截了當的放棄非屏蔽結構,使用單對屏蔽加銅絲編織的屏蔽方法來解決線纜內部之間的干擾和線纜外部之間的干擾,不得不說,串擾讓線纜結構越來越複雜。

質譜串擾

在一個驗證批次中,通過比較 ULOQ 水平的空白+待測物樣品和空白+內標樣品來進行評價。接受標準ULQC 樣品中,待測物在內標通道的干擾峰應不大於驗證批次中標準樣品和 QC樣品內標平均平均峰面積的 5%。

空白+內標樣品中,內標物在待測物通道的干擾峰應不大於 LLQC 中待測物峰面積的 20%。

降低措施

1、增加信號路徑之間的間距;2、用平面作為返迴路徑;3、使耦合長度儘量短;4、在帶狀線層布線;5、減小信號路徑的特性阻抗;6、使用介電常數較低的疊層;7、在封裝和接插件中不要共用返回引腳;8、使用兩端和整條線上有短路過孔的防護布線。

視頻

串擾 相關視頻

近端串擾 NEXT 近端串擾功率和 PS NEXT
信號串擾與差分信號(四電老陳)

參考文獻

  1. 信號完整性之串擾(四), CSDN博客,2021-04-22