Ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh đến chất lượng tín hiệu trong bo mạch tốc độ cao

Ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh đến 
chất lượng tín hiệu trong bo mạch tốc độ cao 
Tăng Tấn Chiến 
Trường Đại học Bách khoa, 
Đại học Đà Nẵng 
Email: ttchien@ac.udn.vn 
Bùi Tấn Lộc 
Công ty TNHH Acronics, 
Đà Nẵng 
Email: buitanloc2008@gmail.com
Tóm tắt—Nhiễu xuyên kênh là một loại nhiễu thường 
gặp và ảnh hưởng xấu đến các tín hiệu trong các bo mạch 
tốc độ cao. Nhiễu xuyên kênh giữa hai đường mạch tỉ lệ 
nghịch với khoảng cách của hai đường mạch đó trên bo. 
Nhiễu xuyên kênh là một trong những loại nhiễu cần quan 
tâm nhất để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu. Muốn 
giảm thiểu nhiễu xuyên kênh, các nhà thiết kế phải phân 
tích và mô phỏng các tín hiệu trên các bo mạch trước 
trong và sau khi thiết kế mạch in. Bằng cách sử dụng công 
cụ mô phỏng Hyperlynx của hãng Mentor Graphics; bài 
báo này sẽ phân tích, mô phỏng và đưa ra các kết quả để 
thể hiện sự giảm thiểu nhiễu xuyên kênh trong khi thiết kế 
các bo mạch in tốc độ cao. 
Từ khóa—Nhiễu xuyên kênh; tính toàn vẹn của tín 
hiệu; tín hiệu tốc độ cao; bo mạch; suy hao tín hiệu; phân 
tích; mô phỏng. 
I. GIỚI THIỆU 
Trong các hệ thống điện tử số, dạng điện áp hoặc 
dòng điện được biểu diễn bởi một dãy tín hiệu nhị phân, 
với một khoảng cách ngắn và tốc độ bit dữ liệu thấp thì 
một dây dẫn đơn giản có thể truyền nguyên vẹn các tín 
hiệu đó từ nguồn đến đích. Tuy nhiên, với một khoảng 
cách truyền dài và tốc độ dữ liệu cao thì có rất nhiều 
hiệu ứng có thể tác động đến tín hiệu, làm cho tín hiệu 
bị suy giảm và gây lỗi cho hệ thống, vì vậy quá trình 
phân tích về sự toàn vẹn của tín hiệu là vô cùng quan 
trọng trong các bo mạch tốc độ cao [6]. Các hiệu ứng 
gây nhiễu này có rất nhiều mức: mức kết nối bên trong 
của các IC tích hợp cao đến các chân của chúng, mức 
bo mạch in và mức các cổng kết nối đến các bo mạch in 
bên ngoài. Trong các mức này ta quan tâm đến mức bo 
mạch in, tức là các kết nối từ chip đến chip và từ chip 
đến các cổng kết nối [9]. 
Một vài vấn đề liên quan đến tính toàn vẹn của tín 
hiệu trong mức bo mạch in là: nhiễu phản xạ của tín 
hiệu, nhiễu xuyên kênh, nhiễu do nguồn và đất, và các 
vấn đề về EMI. Nhiễu phản xạ xảy ra do không phối hợp 
trở kháng của các đoạn mạch, do ảnh hưởng của đoạn dư 
thừa, do các điểm kết nối hay do sự gián đoạn của các 
cổng kết nối. Nhiễu nguồn đất do nhiễu ký sinh và nhiễu 
nền trong hệ thống. Nhiễu xuyên kênh do ảnh hưởng qua 
lại của các đường mạch trong bo mạch. Bài báo này sẽ 
phân tích nhiễu xuyên kênh trong các bo mạch tốc độ 
cao, sử dụng phần mềm Hyperlynx của hãng Mentor 
Graphics để mô phỏng và từ đó đánh giá kết quả [7], [8]. 
II. NHIỄU XUYÊN KÊNH TRONG CÁC BO 
MẠCH TỐC ĐỘ CAO 
A. Nhiễu xuyên kênh 
Nhiễu xuyên kênh là nhiễu do ảnh hưởng của điện 
trường ghép giữa các đường mạch in trong cùng một 
lớp mạch in hay giữa hai lớp mạch in kề nhau. Nhiễu 
xuyên kênh xảy ra trong thời điểm khi đường mạch in 
mang tín hiệu chuyển mạch từ mức cao sang thấp hoặc 
ngược lại. Trong khoảng thời gian chuyển mạch này, 
đường mạch in mang tín hiệu sẽ gây ra một dòng điện 
hoặc điện áp lên trên đường mạch in đặt gần nó. Hiệu 
ứng không mong muốn này tác động lên các đường 
mạch in mang các tín hiệu quan trọng như tín hiệu đồng 
bộ, tín hiệu tốc độ cao làm gây lỗi cho hệ thống [9]. 
Hai đường mạch in đặt gần nhau luôn xuất hiện điện 
dung ghép và điện cảm ghép giữa chúng. Vì vậy, nhiễu 
xuyên kênh phụ thuộc vào hai thông số: sự ghép điện 
dung và sự ghép điện cảm giữa các đường mạch in kề 
nhau [4], [5]. 
Hình 1. Nhiễu xuyên kênh do ghép điện cảm 
Biên độ của nhiễu do sự ghép điện cảm: 
driver
mNoise
dl
V L
dt
 (1) 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 470
Hình 2. Nhiễu xuyên kênh do ghép điện dung 
Biên độ của nhiễu do sự ghép điện dung: 
driver
mNoise
dl
I C
dt
 (2) 
B. Phân loại nhiễu xuyên kênh 
Xem xét hai đường mạch in như ở hình 1. Đường 
mạch in mang tín hiệu chuyển mạch gọi là đường “tác 
nhân”, đường mạch in liền kề với đường “tác nhân”, 
chịu ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh do đường “tác nhân” 
gây ra gọi là đường “bị tác động”. Đường “tác nhân” 
khi chuyển mạch tạo ra trên đường “bị tác động” hai 
loại nhiễu xuyên kênh. Nhiễu xuyên kênh chạy cùng 
hướng với hướng truyền của tín hiệu gọi là nhiễu xuyên 
kênh cùng chiều. Nhiễu xuyên kênh chạy theo hướng 
ngược lại là nhiễu xuyên kênh ngược chiều [4]. 
Hình 3. Các loại nhiễu xuyên kênh 
Cả hai loại nhiễu xuyên kênh này có đặc tính và biên 
độ khác nhau nhưng chúng đều ảnh hưởng đến tín hiệu 
và cần phải loại bỏ. 
III. MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
Trong phần này sử dụng phần mềm HyperLynx của 
hãng Mentor Graphic để mô phỏng và đánh giá nhiễu 
xuyên kênh trong bo mạch [8]. 
Sử dụng mạch mô phỏng như hình 4, với kênh 
truyền thứ nhất truyền tín hiệu từ đầu phát (U1) đến đầu 
thu (U2). Kênh truyền này truyền tín hiệu chuyển mạch 
- đường “tác nhân”. Kênh truyền thứ hai truyền từ đầu 
phát (U4) đến đầu thu (U5). Kênh truyền thứ hai này 
chưa có tín hiệu - đường “bị tác động”. Cả hai kênh 
truyền đều có model bên phát là hphy_tx.ibs, model bên 
thu là stratix_v_gx_rx.ibs. Dựa trên mạch mô phỏng 
như trên ta xem xét nhiễu xuyên kênh trong hai kịch bản 
mô phỏng [8]. 
Hình 4. Sơ đồ mạch mô phỏng 
- Kịch bản 1: Sử dụng hai đường mạch in đặt kề 
nhau trong cùng một lớp. 
- Kịch bản 2: Sử dụng hai đường mạch in đặt chồng 
nhau ở hai lớp kế cận nhau. 
Qua hai kịch bản mô phỏng trên ta sẽ xem xét kết 
quả mô phỏng từ đó đưa ra các kết luận. 
A. Khi hai đường mạch in cùng nằm trong một lớp 
Sử dụng cặp đường mạch in tại lớp thứ 20 trong một 
cấu trúc mạch in gồm 22 lớp. Lớp mạch in thứ 20 này là 
lớp tín hiệu được bố trí giữa hai lớp mặt phẳng nguồn 
(lớp 19) và lớp mặt phẳng GND (lớp 21). Việc bố trí 
các lớp như thế này làm cho những đường mạch in 
trong lớp 20 đảm bảo được trở kháng, chống nhiễu tốt. 
Khoảng cách từ lớp thứ 19 đến lớp 20 (lớp th