PCB设计中耦合的松紧有何影响？

在PCB设计初期，确定差分信号线宽间距时，我们会面对这么个选择：相同的阻抗管控，对应着不同的线宽间距，4mil/4mil，5mil/8mil或6mil/16mil......其中间距大的我们叫松耦合，间距小的就叫紧耦合。遇到这种情况我们该如何选择呢？如果我是设计工程师我就选紧耦合，因为占用的空间小啊，布线容易啊。作为高速先生我就要分析一下松紧耦合的优缺点了，因为凡事有利就有弊。

首先从反射的角度来分析，反射最主要的切入点就是阻抗。耦合的松紧会影响传输线的各种阻抗参数，下表显示了微带线介质厚度为3.8mil，介电系数为4.5，铜厚1.2mil时，差分阻抗保持在100欧姆，不同线间距对传输线阻抗的影响。其中Zse为附近没有其他传输线时的单端阻抗。

从表中可以看到虽然差分阻抗都相同，但共模阻抗相差较大，耦合越紧共模阻抗越大，我们知道理想的共模端接是25欧姆，所以紧耦合的共模反射肯定要比松耦合大。还有信号出pin时，是从无耦合区域进入耦合区域，先感受到单根阻抗，再耦合阻抗，在这种情况下，紧耦合两部分阻抗差也比松耦合大，反射也会越严重。下面我们就仿真验证一下，我们用case1，case2，case4的线宽间距来搭建链路，无耦合区域长度为30mil，耦合区域为2000mil。

差分回波损耗和共模回波损耗分别对比如下：
（红：case1；蓝色：case2；玫红：case4）：

 

插入损耗对比（红：case1；蓝色：case2；玫红：case4）：

仿真结果证明了紧耦合的反射确实比松耦合严重，并导致了插损也更差一些。

再从串扰来分析一下。都说紧耦合抗干扰能力强，事实是否如此呢？同样用case1，case2，case4的线宽间距来搭建链路，攻击线是单根信号，距离差分对10mil，阻抗50ohm，加了上升沿是100ps的1v阶跃信号。

差分噪声（红：case1；蓝色：case2；玫红：case4）：

仿真结果显示紧耦合的差分噪声确实要小些哦，那共模噪声呢？

共模噪声（红：case1；蓝色：case2；玫红：case4）：

结果相反哦，松耦合抗共模噪声的能力更强些。为什么呢？耦合越紧，干扰源对两根信号的串扰就越接近，我们知道差分信号是两信号相减，串扰越接近的话抵消的就越多，得到的差分噪声就越小。但共模信号是两根信号串扰电压的平均值，是相加，所以紧耦合比之松耦合会加剧共模噪声。

另外松耦合的线宽较紧耦合宽，导体损耗相对小，在长距离的高速信号传输时一般都会建议采用5mil以上的线宽。

大家有没有注意到SFP+协议中，除了要求差分阻抗达到100ohm，还对耦合程度有个7%的要求。

我们计算对比一下松紧耦合的耦合率有什么不同。

Case	线宽/间距	Zdiff	Zcomm	Coupling
1	4/4	100.49	36.13	17.9707
2	5.3/8	100.2	29.32	7.853596
3	5.7/12	100.22	27.46	4.579644
4	5.9/16	100.16	26.59	3.002131

从表中看出，规范更推荐相对的松耦合。

编辑：hfy