CN106793476B - 一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法，该方法可应用于n条耦合传输线中的串扰抑制。本发明方法在n条耦合传输线中，先把输入端的多路2电平传输变换为1路多电平传输，然后在接收端把1路多电平传输恢复回原来的多路2电平传输。本方法在保证系统数据传输能力不变的前提下减少了传输线的数量，增大了传输线间距，从而降低了串扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法。
背景技术
随着集成电路以及印刷电路板(PCB，printed circuit board)密度和速度的提高，互连线引起的串扰问题越来越突出，长期以来严重制约了高速电路的发展。串扰是四类信号完整性问题之一，高速互连中，它严重影响信号在多信道中的传输性能。串扰产生的物理原因是攻击线和受害线之间的互容和互感。当传输线工作在较高频率下(即信号速率很高时)，信号的上升时间和下降时间较小，由此引发的瞬时电压转换会引起严重的串扰，而且当两条传输线在布线空间上越接近，互感与互容就越大，这样在两条传输线间就会产生更严重的串扰。特别是在总线电路模型中，当多条攻击线同时攻击一条受害线时，受害线上的串扰就更大，为了减小受害线上的串扰可以采用的措施有很多。比如通过减小传输线间的电磁耦合来抑制串扰，或者从传输线上信号传输角度来考虑减小串扰。这些方法的共同目的都是减小串扰对整个互连系统的影响，即排除串扰对有用信号的干扰。以上这些方法都是在2PAM信号的前提下提出的。
传输线间信号耦合所形成的串扰模型如图1所示，把噪声源所在的传输线称为攻击线，把有噪声产生的传输线称为受害线。图1中，当b点无激励时，a点输入信号va(t)在d点的耦合输出vd(t)就是攻击线对受害线的串扰。
根据文献，图1中两条平行传输线，在忽略二次串扰后，干扰线上a点到受害线上远端d点的传输特性即远端串扰可以建模为
式中：Z0为传输线的特性阻抗；Cm为传输线间的单位长度耦合电容；Lm为传输线间的单位长度耦合电感；l为传输线的耦合长度。
由式(1)可以看出，串扰的大小与传输线的耦合长度，特性阻抗，传输线间的单位长度耦合电容、耦合电感及激励信号的微分有关。一般情况下，传输线的耦合长度，特性阻抗都是确定的，因此，串扰的大小只与传输线间的单位长度耦合电容、耦合电感及激励信号的微分有关。而传输线间的单位长度耦合电容、耦合电感在介质板厚度，介电常数及线宽确定下只与线间距有关，激励信号的微分在信号电平一定的情况下则只与信号的上升时间(下降时间)有关。因此在特定的系统中，串扰只与激励信号的上升时间(下降时间)和线间距有关。
已有的研究表明，增大传输线间距可以减小串扰。在保证系统数据传输能力、带宽和系统所占用PCB板面积不变的前提下，可以通过信号转换进行多电平传输来增加线间距。利用多电平信号传输抑制串扰是通过减小传输线的数量来增大传输线间间距的，即把原来需要多路2电平传输的系统变换为1路多电平传输，节省传输线的数量进而增大传输线间距。本发明方法就是基于以上理论，在不改变系统的数据传输能力和带宽的前提下，进行多电平信号传输，即把原来需要多路2电平传输系统变换为1路多电平传输，进而抑制串扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法。该方法应用于n条耦合传输线中。为了方便，以下以n＝4为例说明本发明方法。
如图2(a)所示为4条耦合传输线组成的高速互连系统，该组4条耦合传输线的线间距为s，传输线的宽度为w。系统中4条耦合传输线传输4路数字信号，每路信号均为2PAM信号。为了增加线间距，实现串扰抑制，需要把图2(a)中的系统变为图2(b)中的系统，即将原来的每2路数据传输变换为1路数据传输，每路携带原来2路数据信息，原来的2PAM信号va(t)和vb(t)通过转换变为1路4PAM信号vab(t)；原来的2PAM信号vc(t)和vd(t)通过转换变为1路4PAM信号vcd(t)，在这个转换过程中，码元的宽度不变即系统所占用的带宽不变，转换原理如图3所示。
对比图2(a)的系统和图2(b)中的系统可以发现，4电平信号传输后，电路板上减少了2条传输线，线间距由w变为s+2w，如图4所示，由于线间距的增大，所以此时串扰得以抑制。在保持电路板面积不变的前提下，也可以继续增加线间距，即线间距变为3s+2w。也就是说将4条耦合传输线变为2条耦合传输线，改变后的耦合传输线的线间距可以介于最小间距值(含)与最大间距值(含)之间，这里的最小间距值为s+2w，最大间距值为3s+2w(s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度)。
在保证电平转换前后信号上升时间不变的情况下，串扰只与线间距有关，因此利用多电平信号传输抑制串扰就可以通过把多路二电平传输变为1路多电平传输来实现。从图2中可以看出，采用多电平信号传输能节省大量的传输线，增加传输线间间距，从而抑制串扰。
为了解决PCB上多条耦合传输线间的串扰问题，本发明提供一种针对n条耦合传输线利用多电平信号传输抑制串扰的方法，应用于n条耦合传输线中，其中n为偶数且n≥2，其特征在于，所述抑制串扰的方法包括以下步骤：
a)在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理；
b)将n条耦合传输线删减后变为n/2条耦合传输线，当n为大于2的偶数时，该n/2条耦合传输线的线间距介于最小间距值s+2w与最大间距值3s+2w之间，其中，s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度；
c)第一次信号处理后的n/2路信号在n/2条耦合传输线上传输；
d)在n/2条耦合传输线的输出端对待输出的n/2路信号进行第二次信号处理。
其中，所述抑制抵消方法应用于一组耦合传输线或者多条耦合传输线中的一部分传输线中。
其中，所述抑制抵消方法在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理，该信号处理方法为按顺序将每相邻2路2电平信号变换为1路4电平信号，且变换前后码元宽度不变，信息量不变。所述抑制抵消方法在n/2条耦合传输线的输出端对待输出的n/2路信号进行第二次信号处理，该信号处理方法为将待输出的每1路4电平信号变换为2路2电平信号，且变换前后码元宽度不变，信息量不变。
需要说明的是，当n＝2时，此时为本方法的一个特例，即2路2电平信号变为1路4电平信号，因此不存在线间距这一概念，但不影响本方法的使用。
更一般情况下，本发明提供了一种针对n条耦合传输线利用多电平信号传输抑制串扰的方法，应用于n条耦合传输线中，其中n≥3，n为j的倍数，j为大于2的自然数，其特征在于，所述抑制串扰的方法包括以下步骤：
a)在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理；
b)将n条耦合传输线删减后变为n/j条耦合传输线，当n＞3时，该n/j条耦合传输线的线间距介于最小间距值与最大间距值之间，其中，当j为奇数时，最小间距值为js+(j-1)w，当j为偶数时，最小间距值为(j-1)s+jw，其中，最大间距值为(2j-1)s+(2j-2)w，其中，s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度；
c)第一次信号处理后的n/j路信号在n/j条耦合传输线上传输；
d)在n/j条耦合传输线的输出端对待输出的n/j路信号进行第二次信号处理。其中，所述抑制抵消方法应用于一组耦合传输线或者多条耦合传输线中的一部分传输线中。
其中，所述抑制抵消方法在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理，该信号处理方法为按顺序将每相邻j路2电平信号变换为1路电平信号，且变换前后码元宽度不变，信息量不变。所述抑制抵消方法在n/j条耦合传输线的输出端对待输出的n/j路信号进行第二次信号处理，该信号处理方法为将待输出的每1路电平信号变换为j路2电平信号，且变换前后码元宽度不变，信息量不变。
需要说明的是，当n＝3时，此时为本方法的一个特例，即3路2电平信号变为1路8电平信号，因此不存在线间距这一概念，但不影响本方法的使用。
实施本发明所公开的利用多电平信号传输抑制串扰的方法，能够抑制高速总线系统中的串扰。
附图说明：
图1是耦合传输线间的串扰模型；
图2是利用多电平信号传输抑制串扰模型；
图3是2电平到4电平传输的信号转换图；
图4是2～4电平传输转换前后的PCB板侧视图；
图5是本发明所提供的具体实施方式图；
具体实施方式
为解决背景技术中提到的串扰问题，本实施例公开了一种应用于4条耦合传输线上的利用多电平信号传输抑制串扰的方法。本方法是在4条耦合传输线上的输入端和输出端进行两次信号处理，且删减了部分耦合传输线，从而增大传输线的线间距来抑制串扰。
本实施例的主要实施步骤如附图5所示，包括：
a)在4条耦合传输线的输入端对4路输入信号进行第一次信号处理。
b)将4条耦合传输线删减后变为2条耦合传输线。
c)第一次信号处理后的2路信号在2条耦合传输线上传输。
d)在2条耦合传输线的输出端对待输出的2路信号进行第二次信号处理。
本实施例公开的抑制方法可以应用于一组耦合传输线或者多条耦合传输线中的一部分传输线中。
本实施例公开的抑制方法在4条耦合传输线的输入端对4路输入信号进行第一次信号处理，该信号处理方法为按顺序将每相邻2路2电平信号变换为1路4电平信号，且变换前后码元宽度不变；在2条耦合传输线的输出端对待输出的2路信号进行第二次信号处理，该信号处理方法为将待输出的每1路4电平信号变换为2路2电平信号，且变换前后码元宽度不变，信息量不变；将4条耦合传输线删减后变为2条耦合传输线，这2条耦合传输线的线间距介于最小间距值(含)与最大间距值(含)之间，这里的最小间距值为s+2w，最大间距值为3s+2w(s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度)。
本实施例中提供了一种应用于4条耦合传输线的利用多电平信号传输抑制串扰的方法，当本发明方法应用于n(n≥4，n为偶数)条耦合传输线时，是对本发明方法应用于一组4条耦合传输线时的重复使用。
以上对本发明所提供的一种利用多电平信号传输抑制串扰方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法，应用于n条耦合传输线中，其中n为偶数且n≥2，其特征在于，所述抑制串扰的方法包括以下步骤：
a)在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理；
b)将n条耦合传输线删减后变为n/2条耦合传输线，当n为大于2的偶数时，该n/2条耦合传输线的线间距介于最小间距值s+2w与最大间距值3s+2w之间，其中，s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度；
c)第一次信号处理后的n/2路信号在n/2条耦合传输线上传输；
d)在n/2条耦合传输线的输出端对待输出的n/2路信号进行第二次信号处理。
2.一种利用多电平信号传输抑制串扰的方法，应用于n条耦合传输线中，其中n≥3，n为j的倍数，j为大于2的自然数，其特征在于，所述抑制串扰的方法包括以下步骤：
a)在n条耦合传输线的输入端对n路输入信号进行第一次信号处理；
b)将n条耦合传输线删减后变为n/j条耦合传输线，当n＞3时，该n/j条耦合传输线的线间距介于最小间距值与最大间距值之间，其中，当j为奇数时，最小间距值为js+(j-1)w，当j为偶数时，最小间距值为(j-1)s+jw，其中，最大间距值为(2j-1)s+(2j-2)w，其中，s为改变前传输线的线间距，w为传输线的宽度；
c)第一次信号处理后的n/j路信号在n/j条耦合传输线上传输；
d)在n/j条耦合传输线的输出端对待输出的n/j路信号进行第二次信号处理。
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