作者：蔣修國(guó)，來(lái)源：信號(hào)完整性微信公眾號(hào)

編者注：到底是用緊耦合好還是松耦合好，之前也有研究過(guò)一些東西，后來(lái)無(wú)疾而終。其實(shí)這是一個(gè)比較難回答的問(wèn)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?yàn)楝F(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(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)從信號(hào)完整性方面來(lái)做一個(gè)驗(yàn)證。歡迎大家一起討論。

對(duì)于當(dāng)前越來(lái)越多的高速信號(hào)設(shè)計(jì)而言，高速傳輸線基本上都是差分對(duì)（DDR5 數(shù)據(jù)線還是單端的）。差分對(duì)設(shè)計(jì)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(duì)其有干擾時(shí)，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(jì)中，往往對(duì)傳輸線的阻抗有明確的要求，比如要求為100ohm，對(duì)于差分對(duì)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(jì)算阻抗的示意圖，紅色圈圈出來(lái)的參數(shù)都會(huì)影響到阻抗：

所以如果只是為了保證阻抗，設(shè)計(jì)的方式有很多種。傳輸線間距寬和窄就是大家非常常見(jiàn)的一種設(shè)計(jì)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(jì)算出來(lái)的阻抗為100ohm，如下圖所示：

從上述兩組值中可以看出來(lái)，后一組可以認(rèn)為是緊耦合，前一組為松耦合。下面從無(wú)源和有源兩個(gè)方向進(jìn)行對(duì)比，即對(duì)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(zhǎng)度為6inch，分別針對(duì)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(duì)比結(jié)果：

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

下圖為兩種情況眼圖的對(duì)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(diǎn)點(diǎn)，眼高大15mv，眼寬大0.5ps。

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

當(dāng)然，以上只是從實(shí)驗(yàn)上獲得的一些表象結(jié)果，也僅僅是從信號(hào)完整性的角度來(lái)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(yàn)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(yàn)證等等。

審核編輯 黃宇