PCB串扰与信号频率有什么关系？

    PCB 设计中，很多工程师会发现：同样的走线布局，低频信号几乎没有串扰，而高频信号的串扰却非常严重。这说明串扰与信号频率之间存在密切的关系。今天我们就从串扰的频率特性、不同频率信号的串扰抑制方法等方面，为工程师们详细解析 PCB 串扰与信号频率的关系，帮助工程师们根据信号频率优化设计方案。

 

    首先，我们要明确串扰的频率特性。串扰分为近场串扰和远场串扰，近场串扰是指信号线之间通过电容和电感耦合产生的干扰，远场串扰是指信号线通过电磁辐射产生的干扰。在低频段，串扰主要以容性串扰为主，因为低频信号的电流变化缓慢，电感耦合较弱；在高频段，串扰主要以感性串扰和远场串扰为主，因为高频信号的电流变化迅速，电感耦合较强，同时高频信号的电磁辐射也会增强。此外，串扰的大小与信号频率的平方成正比，信号频率越高，串扰越大。比如，1GHz 的信号串扰是 100MHz 信号串扰的 100 倍。

 

    其次，不同频率信号的串扰抑制方法不同。对于低频信号（频率低于 100MHz），串扰问题相对较轻，工程师可以采用简单的方法进行抑制，比如增大走线间距、缩短平行走线长度等。由于低频信号的波长较长，走线长度通常远小于信号波长，信号反射和串扰的影响较小。对于中频信号（频率在 100MHz 到 1GHz 之间），串扰问题开始变得严重，工程师需要采用更严格的设计方法，比如采用 “3W 原则”、添加接地过孔、选择合适的叠层结构等。对于高频信号（频率高于 1GHz），串扰问题非常严重，工程师需要采用高级设计方法，比如采用带状线结构、差分走线设计、端接匹配等。

 

    然后，信号频率会影响走线的特征阻抗，从而间接影响串扰。特征阻抗是指信号线在传输信号时的等效阻抗，与信号线的线宽、介质厚度、介电常数等因素有关。在高频段，信号线的特征阻抗会随频率变化而变化，导致信号反射和串扰增加。工程师在设计高频 PCB 时，需要通过仿真软件计算信号线的特征阻抗，确保特征阻抗匹配。比如，在设计 10Gbps 的高速信号时，特征阻抗应控制在 50Ω±10%，这样可以减少信号反射，从而间接减少串扰。捷配拥有专业的 PCB 仿真团队，能为工程师提供特征阻抗计算和优化服务，帮助工程师们最小化串扰。

 

    信号频率会影响介质材料的选择，从而影响串扰。在低频段，普通 FR-4 板材即可满足要求；在高频段，普通 FR-4 板材的介电常数会随频率变化而变化，导致信号衰减和串扰增加。工程师在设计高频 PCB 时，需要选择高频专用板材，比如罗杰斯板材、泰康利板材等。这些板材的介电常数稳定，损耗角正切值低，能够有效减少信号衰减和串扰。比如，罗杰斯 4350B 板材的介电常数为 3.48，在 10GHz 时的损耗角正切值为 0.0037，适合用于高频 PCB 设计。

 

    工程师在根据信号频率抑制串扰时，还需要注意以下几点：一是对于高频信号，应尽量采用带状线结构，避免采用微带线结构，因为带状线结构的电磁辐射较小；二是对于高频信号，应尽量采用差分走线设计，差分走线可以有效抑制共模干扰和差模串扰；三是对于高频信号，应在信号线的两端添加端接电阻，端接电阻可以匹配特征阻抗，减少信号反射。捷配拥有丰富的高频 PCB 设计经验，能为工程师提供全面的技术支持，帮助工程师们最小化串扰。