高速信号设计中紧耦合与松耦合之间的对比

对于当前越来越多的高速信号设计而言，高速传输线基本上都是差分对（DDR5 数据线还是单端的）。差分对设计的好处就是正端和负端是幅值大小相等，方向相反的进行传递，当外界对其有干扰时，正负相互抵消所以抗干扰能力比较强，另外共模噪声比较小，向外辐射的能量也少。

在高速电路的设计中，往往对传输线的阻抗有明确的要求，比如要求为100ohm，对于差分对而言，影响阻抗的因素很多，包括传输线的线宽、线间距、材料的介电常数、传输线到参考层的距离、传输线导体的厚度，下图是ADSCILD的计算阻抗的示意图，红色圈圈出来的参数都会影响到阻抗：

所以如果只是为了保证阻抗，设计的方式有很多种。传输线间距宽和窄就是大家非常常见的一种设计状况。

上图中线宽为5.7mil，线间距为7mil，所以，为了保证阻抗不变，把线宽和线间距的值修改为4mil和3.49mil，其它参数都保持不变，计算出来的阻抗为100ohm，如下图所示：

从上述两组值中可以看出来，后一组可以认为是紧耦合，前一组为松耦合。下面从无源和有源两个方向进行对比，即对比插入损耗和眼宽、眼高。

在ADS中搭建原理图如下图所示：

传输线的长度为6inch，分别针对两组值进行仿真，获得的仿真结果，如下图所示为插入损耗的对比结果：

从上图中可以看到插入损耗在低频的时候，耦合的比较紧的时候稍微大一点，在超过5GHz之后，耦合的比较紧的时候损耗小一点。

下图为两种情况眼图的对比：

从上图中可以看到，松耦合的眼宽和眼高都比紧耦合大一点点，眼高大15mv，眼宽大0.5ps。

综上所述，松耦合的损耗在低频时（5GHz）稍微小一些，在高频时（超过5GHz）大一些，但是都只相差一点点；眼图虽然松耦合会好一点，但是相差也不大，松耦合的眼高大了15mV。理论上来讲，为了保证阻抗一致性，在紧耦合时，线宽必然会细一些，在松耦合时线宽宽一点。在紧耦合时，随着速率越高，趋肤效应越大，损耗也就会越大。

当然，以上只是从实验上获得的一些表象结果，也仅仅是从信号完整性的角度来分析的。如果要进一步的研究紧耦合和松耦合，可以考虑从多方面进行验证和研究，比如保证线宽不变，改变介电常数，使线间距变化，研究结果的变化，或者再增加辐射的验证等等。

审核编辑：刘清