互感--连接器如何引起串扰

图9.1中举例说明了工作中的电流环的基本互感耦合。电流离开门电路A，经由信号返回路径X流回源端。由于电流路径X、Y和Z相互重叠，路径X的磁场将在信号路径Y和Z上感应出噪声电压。

因为路径Y与路径X的重叠面积大于路径X路径X的重叠面积，所以路径Y上的感应噪声大于路径Z上的感应噪声。事实上，产生互感噪声不需要路径完全重叠，任何两个相邻近的电流环都会相互影响。

连接器的引脚之间也会有寄生电容，但在数字电路中，寄生电容引起的串扰要比互感引起的串扰小。现在我们首先重点讨论问题较大的部分：电感。

1、估算串扰

对于图9.1中任意信号引脚之间信号串扰的大小，估算一般需要3个条件。

两个电流环之间的互感
源信号DI/DT的最大变化率
接收网络的阻抗以及是否为源端或末端端接

考虑到两个环路之间的互感，我们要找出最坏情况下的串扰，因此以下重点考虑两个直接重叠的环路之间的相互影响，如图9.1中的环路X和环路Y。

环路Y内的全部磁能量来自于两个方面：首先是从门电路A流出并沿着信号线传输的电流，其次是沿着地线传输返回信号电流。因此互感公式包括两项，其中的第二项（地线项）大于第一项：

(式1）

其中：A=信号X到信号Y的距离，IN
B=信号Y到地线的距离，IN
C=信号X到地线的距离，IN
D=连接器引脚的直径，IN
H=连接器的引脚长度，IN
LX、Y=环路X和Y之间的互感，NH

上式中假设连接器是单排的，而且引脚相对较长。即使这些假设不成立，由于对数函数的特性，由上式也很容易得到在一个数量级内精确的结果，这足以准确地判断连接器的串扰特性是否是一个值得注意的问题。如果连接器的特性关系到系统的性能，那么就买一个连接器并测试它的性能。

下面需要讨论的问题是系统中DI/DT的最大值，我们采用式（）或式（）来估算DI/DT。

最后一个条件涉及到噪声接受电路拓扑结构。图9.2给出了选择的方案：第一种情况，驱动器紧靠着连接器连接，这里“紧靠”的意思是驱动器到连接器的距离在一个上升沿的电气长度之内，见式（）。第二种情况，涵盖了其他所有的结构形式，包括源端端接。

在第二种情况对应的结构中，耦合噪声在两个方向上各分一半。在第一种情况下，耦合进的噪声迅速在低阻抗驱动端反射，使接收端的耦合噪声加倍。

下面的公式给出了由于来自门电路A的单个阶跃输入，环路Y上感应出的噪声脉冲的高度。该脉冲的持续时间与输入脉冲的上升沿时间相当。

减缓驱动信号的上升沿时间可以直接减少串扰。如图9.3所示，在连接器的源端并联电容，可以减小驱动信号的上升时间。如果在接收端放置电容，只会使驱动端信号跳变时流过连接器的冲击电流增加，使情况变得更糟。