差分對緊耦合真的比松耦合好嗎？

作者：蔣修國，來源：信號完整性微信公眾號

編者注：到底是用緊耦合好還是松耦合好，之前也有研究過一些東西，后來無疾而終。其實這是一個比較難回答的問題，首先，緊耦合和松耦合的定義就不是非常的明確；其次，松耦合和緊耦合的可選擇性不強(qiáng)，因為現(xiàn)在大多數(shù)的產(chǎn)品空間都比較受限制。所以本文純粹是通過一個實驗從信號完整性方面來做一個驗證。歡迎大家一起討論。

對于當(dāng)前越來越多的高速信號設(shè)計而言，高速傳輸線基本上都是差分對（DDR5 數(shù)據(jù)線還是單端的）。差分對設(shè)計的好處就是正端和負(fù)端是幅值大小相等，方向相反的進(jìn)行傳遞，當(dāng)外界對其有干擾時，正負(fù)相互抵消所以抗干擾能力比較強(qiáng)，另外共模噪聲比較小，向外輻射的能量也少。

在高速電路的設(shè)計中，往往對傳輸線的阻抗有明確的要求，比如要求為100ohm，對于差分對而言，影響阻抗的因素很多，包括傳輸線的線寬、線間距、材料的介電常數(shù)、傳輸線到參考層的距離、傳輸線導(dǎo)體的厚度，下圖是ADSCILD的計算阻抗的示意圖，紅色圈圈出來的參數(shù)都會影響到阻抗：

所以如果只是為了保證阻抗，設(shè)計的方式有很多種。傳輸線間距寬和窄就是大家非常常見的一種設(shè)計狀況。

上圖中線寬為5.7mil，線間距為7mil，所以，為了保證阻抗不變，把線寬和線間距的值修改為4mil和3.49mil，其它參數(shù)都保持不變，計算出來的阻抗為100ohm，如下圖所示：

從上述兩組值中可以看出來，后一組可以認(rèn)為是緊耦合，前一組為松耦合。下面從無源和有源兩個方向進(jìn)行對比，即對比插入損耗和眼寬、眼高。

在ADS中搭建原理圖如下圖所示：

傳輸線的長度為6inch，分別針對兩組值進(jìn)行仿真，獲得的仿真結(jié)果，如下圖所示為插入損耗的對比結(jié)果：

從上圖中可以看到插入損耗在低頻的時候，耦合的比較緊的時候稍微大一點，在超過5GHz之后，耦合的比較緊的時候損耗小一點。

下圖為兩種情況眼圖的對比：

從上圖中可以看到，松耦合的眼寬和眼高都比緊耦合大一點點，眼高大15mv，眼寬大0.5ps。

綜上所述，松耦合的損耗在低頻時（5GHz）稍微小一些，在高頻時（超過5GHz）大一些，但是都只相差一點點；眼圖雖然松耦合會好一點，但是相差也不大，松耦合的眼高大了15mV。理論上來講，為了保證阻抗一致性，在緊耦合時，線寬必然會細(xì)一些，在松耦合時線寬寬一點。在緊耦合時，隨著速率越高，趨膚效應(yīng)越大，損耗也就會越大。

當(dāng)然，以上只是從實驗上獲得的一些表象結(jié)果，也僅僅是從信號完整性的角度來分析的。如果要進(jìn)一步的研究緊耦合和松耦合，可以考慮從多方面進(jìn)行驗證和研究，比如保證線寬不變，改變介電常數(shù)，使線間距變化，研究結(jié)果的變化，或者再增加輻射的驗證等等。

審核編輯 黃宇