在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，芯片作為各種電子設(shè)備的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接影響著設(shè)備的整體表現(xiàn)。而在芯片內(nèi)部，信號(hào)傳輸過(guò)程中常常會(huì)受到各種干擾，其中串?dāng)_噪聲是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。芯片串?dāng)_是指在芯片內(nèi)部，信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于相鄰信號(hào)線之間的電磁耦合，導(dǎo)致一個(gè)信號(hào)的能量部分地耦合到其他信號(hào)線上，從而對(duì)其他信號(hào)產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象。這種干擾會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)而影響芯片的性能和可靠性。電磁耦合主要包括容性耦合、感性耦合和輻射耦合，與之相對(duì)應(yīng)，芯片中的串?dāng)_噪聲主要分為容性串?dāng)_、感性串?dāng)_和輻射串?dāng)_三類。

容性串?dāng)_

容性串?dāng)_是芯片串?dāng)_的一種常見(jiàn)類型，主要是由于相鄰信號(hào)線之間存在寄生電容，從而導(dǎo)致信號(hào)耦合產(chǎn)生干擾。在芯片的制造過(guò)程中，由于工藝的限制，相鄰信號(hào)線之間不可避免地會(huì)存在一定的寄生電容。當(dāng)一根信號(hào)線上的電壓發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)寄生電容會(huì)在相鄰信號(hào)線上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成容性串?dāng)_。

在高速、高密度的芯片設(shè)計(jì)中，容性串?dāng)_尤為突出。因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)線間距小，寄生電容效應(yīng)更明顯。任意兩導(dǎo)體之間都會(huì)存在互容，干擾源網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)分布電容把電流耦合到相鄰的被干擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)上去。由于對(duì)稱，容性耦合噪聲電流，一半流向近端，一半流向遠(yuǎn)端。遠(yuǎn)端容性耦合噪聲跟著干擾源信號(hào)一起向遠(yuǎn)端傳播，干擾源每走一步都會(huì)在被干擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生遠(yuǎn)端容性耦合噪聲，這些噪聲會(huì)一直累加，當(dāng)信號(hào)到達(dá)負(fù)載端的同時(shí)，遠(yuǎn)端容性耦合噪聲也會(huì)到達(dá)遠(yuǎn)端。假如源端激勵(lì)信號(hào)的邊沿是線性上升的，上升時(shí)間為 t，則遠(yuǎn)端容性耦合噪聲波形為一個(gè)寬為 t 的矩形脈沖，脈沖幅度與耦合長(zhǎng)度 L 成正比，與激勵(lì)信號(hào)的上升時(shí)間成反比。

近端容性耦合噪聲和干擾源信號(hào)的傳播方向相反，因此干擾源注入電流的交迭時(shí)間只有干擾源信號(hào)上升時(shí)間的一半，為 t/2。之后隨著干擾源向負(fù)載端的移動(dòng)，會(huì)不斷地產(chǎn)生近端容性耦合噪聲向近端傳播，當(dāng)干擾源信號(hào)到達(dá)負(fù)載端時(shí)，就不再有耦合噪聲出現(xiàn)，但被干擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)上的串?dāng)_脈沖會(huì)經(jīng)過(guò) TD 時(shí)間從遠(yuǎn)端傳回近端。因此近端容性耦合噪聲電壓先上升到一個(gè)恒定值并持續(xù)時(shí)間 2*TD，然后下降到 0。當(dāng)耦合長(zhǎng)度大于干擾源信號(hào)前沿的空間延伸時(shí)，近端容性耦合噪聲電壓的幅值與耦合長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，近端容性耦合噪聲波形的寬度與耦合長(zhǎng)度成正比。

感性串?dāng)_

感性串?dāng)_是芯片中由于相鄰導(dǎo)線間的互感作用，使一根導(dǎo)線上的電流變化在另一根導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而對(duì)信號(hào)造成干擾的現(xiàn)象。當(dāng)芯片中一根導(dǎo)線上有變化的電流通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變化的磁場(chǎng)會(huì)在周圍的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。相鄰導(dǎo)線處于該變化磁場(chǎng)中，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成感性串?dāng)_。感性串?dāng)_與電流的變化率、導(dǎo)線間的互感系數(shù)等因素有關(guān)。電流變化率越大、互感系數(shù)越大，感性串?dāng)_越明顯。

由電流的連續(xù)性可知，近端感性耦合與遠(yuǎn)端感性耦合噪聲的極性相反。感性串?dāng)_的遠(yuǎn)端和近端的噪聲幅值與電流變化率、互感系數(shù)以及導(dǎo)線的特性等因素相關(guān)。在實(shí)際的芯片設(shè)計(jì)中，隨著芯片集成度的提高，導(dǎo)線的密度不斷增加，導(dǎo)線間的距離越來(lái)越小，這使得互感系數(shù)增大，感性串?dāng)_的影響也愈發(fā)顯著。例如，在一些高速處理器芯片中，由于內(nèi)部導(dǎo)線眾多且密集，感性串?dāng)_可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的失真和誤判，從而影響芯片的運(yùn)算速度和準(zhǔn)確性。

輻射串?dāng)_

芯片輻射串?dāng)_是指芯片內(nèi)部或外部的電磁輻射，對(duì)芯片內(nèi)的信號(hào)傳輸線或器件產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因包括內(nèi)部輻射源和外部輻射源。

芯片內(nèi)的高速時(shí)鐘電路、高頻信號(hào)發(fā)生器等是主要輻射源，它們工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波。當(dāng)這些電磁波的頻率較高且強(qiáng)度較大時(shí)，就可能會(huì)對(duì)周圍的信號(hào)線和器件產(chǎn)生輻射串?dāng)_。例如，芯片中的時(shí)鐘信號(hào)通常具有較高的頻率和快速的邊沿變化，這些特性使得時(shí)鐘電路成為一個(gè)強(qiáng)輻射源。如果時(shí)鐘電路的布局不合理，其產(chǎn)生的電磁輻射可能會(huì)干擾到附近的數(shù)據(jù)線或控制線，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或系統(tǒng)工作異常。

芯片周圍的其他電子設(shè)備、電源線、無(wú)線信號(hào)等也可能成為外部輻射源。如果芯片的屏蔽措施不完善，外部的電磁輻射就容易進(jìn)入芯片內(nèi)部，導(dǎo)致輻射串?dāng)_。在一些復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，多個(gè)芯片和電子元件緊密集成在一起，它們之間的電磁干擾相互影響。如果某個(gè)芯片受到來(lái)自外部設(shè)備的強(qiáng)電磁輻射，可能會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)的信號(hào)傳輸受到干擾，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

芯片中的串?dāng)_噪聲主要包括容性串?dāng)_、感性串?dāng)_和輻射串?dāng)_這三類。它們各自有著不同的產(chǎn)生機(jī)制和特點(diǎn)，在芯片的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用過(guò)程中，都需要充分考慮這些串?dāng)_噪聲的影響，并采取相應(yīng)的措施來(lái)降低其干擾，以確保芯片能夠穩(wěn)定、可靠地工作。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)串?dāng)_噪聲的研究和控制也將變得越來(lái)越重要，這將有助于推動(dòng)芯片性能的進(jìn)一步提升，滿足不斷增長(zhǎng)的電子設(shè)備需求。