芯片中的串扰噪声有几类

在当今数字化时代，芯片作为各种电子设备的核心部件，其性能的优劣直接影响着设备的整体表现。而在芯片内部，信号传输过程中常常会受到各种干扰，其中串扰噪声是一个不容忽视的问题。芯片串扰是指在芯片内部，信号在传输过程中，由于相邻信号线之间的电磁耦合，导致一个信号的能量部分地耦合到其他信号线上，从而对其他信号产生干扰的现象。这种干扰会影响信号质量，进而影响芯片的性能和可靠性。电磁耦合主要包括容性耦合、感性耦合和辐射耦合，与之相对应，芯片中的串扰噪声主要分为容性串扰、感性串扰和辐射串扰三类。

容性串扰

容性串扰是芯片串扰的一种常见类型，主要是由于相邻信号线之间存在寄生电容，从而导致信号耦合产生干扰。在芯片的制造过程中，由于工艺的限制，相邻信号线之间不可避免地会存在一定的寄生电容。当一根信号线上的电压发生变化时，通过寄生电容会在相邻信号线上产生感应电荷，进而产生感应电压，形成容性串扰。

在高速、高密度的芯片设计中，容性串扰尤为突出。因为此时信号线间距小，寄生电容效应更明显。任意两导体之间都会存在互容，干扰源网络会通过分布电容把电流耦合到相邻的被干扰对象网络上去。由于对称，容性耦合噪声电流，一半流向近端，一半流向远端。远端容性耦合噪声跟着干扰源信号一起向远端传播，干扰源每走一步都会在被干扰对象网络上产生远端容性耦合噪声，这些噪声会一直累加，当信号到达负载端的同时，远端容性耦合噪声也会到达远端。假如源端激励信号的边沿是线性上升的，上升时间为 t，则远端容性耦合噪声波形为一个宽为 t 的矩形脉冲，脉冲幅度与耦合长度 L 成正比，与激励信号的上升时间成反比。

近端容性耦合噪声和干扰源信号的传播方向相反，因此干扰源注入电流的交迭时间只有干扰源信号上升时间的一半，为 t/2。之后随着干扰源向负载端的移动，会不断地产生近端容性耦合噪声向近端传播，当干扰源信号到达负载端时，就不再有耦合噪声出现，但被干扰对象网络上的串扰脉冲会经过 TD 时间从远端传回近端。因此近端容性耦合噪声电压先上升到一个恒定值并持续时间 2*TD，然后下降到 0。当耦合长度大于干扰源信号前沿的空间延伸时，近端容性耦合噪声电压的幅值与耦合长度无关，近端容性耦合噪声波形的宽度与耦合长度成正比。

感性串扰

感性串扰是芯片中由于相邻导线间的互感作用，使一根导线上的电流变化在另一根导线上产生感应电压，进而对信号造成干扰的现象。当芯片中一根导线上有变化的电流通过时，会产生变化的磁场，根据电磁感应定律，变化的磁场会在周围的导体中产生感应电动势。相邻导线处于该变化磁场中，就会产生感应电压，形成感性串扰。感性串扰与电流的变化率、导线间的互感系数等因素有关。电流变化率越大、互感系数越大，感性串扰越明显。

由电流的连续性可知，近端感性耦合与远端感性耦合噪声的极性相反。感性串扰的远端和近端的噪声幅值与电流变化率、互感系数以及导线的特性等因素相关。在实际的芯片设计中，随着芯片集成度的提高，导线的密度不断增加，导线间的距离越来越小，这使得互感系数增大，感性串扰的影响也愈发显著。例如，在一些高速处理器芯片中，由于内部导线众多且密集，感性串扰可能会导致信号的失真和误判，从而影响芯片的运算速度和准确性。

辐射串扰

芯片辐射串扰是指芯片内部或外部的电磁辐射，对芯片内的信号传输线或器件产生干扰的现象。其产生原因包括内部辐射源和外部辐射源。

芯片内的高速时钟电路、高频信号发生器等是主要辐射源，它们工作时会产生高频电磁波。当这些电磁波的频率较高且强度较大时，就可能会对周围的信号线和器件产生辐射串扰。例如，芯片中的时钟信号通常具有较高的频率和快速的边沿变化，这些特性使得时钟电路成为一个强辐射源。如果时钟电路的布局不合理，其产生的电磁辐射可能会干扰到附近的数据线或控制线，导致数据传输错误或系统工作异常。

芯片周围的其他电子设备、电源线、无线信号等也可能成为外部辐射源。如果芯片的屏蔽措施不完善，外部的电磁辐射就容易进入芯片内部，导致辐射串扰。在一些复杂的电子系统中，多个芯片和电子元件紧密集成在一起，它们之间的电磁干扰相互影响。如果某个芯片受到来自外部设备的强电磁辐射，可能会导致芯片内的信号传输受到干扰，进而影响整个系统的性能。

芯片中的串扰噪声主要包括容性串扰、感性串扰和辐射串扰这三类。它们各自有着不同的产生机制和特点，在芯片的设计、制造和应用过程中，都需要充分考虑这些串扰噪声的影响，并采取相应的措施来降低其干扰，以确保芯片能够稳定、可靠地工作。随着芯片技术的不断发展，对串扰噪声的研究和控制也将变得越来越重要，这将有助于推动芯片性能的进一步提升，满足不断增长的电子设备需求。