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 tham chiếu 
của những tín hiệu trên lớp 19) là h = 4.5 mils (1mil = 
0.0254mm). 
Tốc độ truyền tín hiệu trên kênh truyền là 10Gb/s. 
Độ dài đường mạch in từ bên phát đến bên thu là l = 20 
inch. 
Thực hiện mô phỏng với khoảng cách giữa hai 
đường mạch tăng dần. 
1) Kết quả mô phỏng lần 1, kịch bản 1: 
Đường mạch in thứ nhất mang tín hiệu, đường mạch 
in thứ hai chưa mang tín hiệu: 
+ Lần thứ 1: d = 1 mil< h 
+ Lần thứ 2: d = 9 mils =2h 
+ Lần thứ 3: d = 18 mils = 4h 
L19_PWR6
L21_GND6
Hình 5. Ảnh hưởng trường điện từ giữa hai kênh truyền 
khi khoảng cách giữa chúng là 1mil 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 471
-800.0
-600.0
-400.0
-200.0
-0.00
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
-50.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00
Time (ps)
V
o
l
t
a
g
e 
-
m
V
-
V [U1.1 (at pin) / U1.2 (at pin)]
Hình 6. Giản đồ mắt của tín hiệu trên đường thứ nhất tại đầu phát 
khi khoảng cách giữa chúng là 1mil 
-800.0
-600.0
-400.0
-200.0
-0.00
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
-50.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00
Time (ps)
V
o
l
t
a
g
e -
m
V-
Hình 7. Giản đồ mắt của tín hiệu trên đường thứ nhất tại đầu thu 
khi khoảng cách giữa chúng là 1mil 
BẢNG 1. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LẦN 1, KỊCH BẢN 1 
Tốc 
độ 
bit 
Độ dài 
đường 
mạch 
(inch) 
Khoảng 
cách 
giữa 2 
đường 
mạch 
(mils) 
Đường 
mạch 
Truyền / 
Nhận 
Peak-to-peak 
Max 
peak 
(mV) 
Min 
peak 
(mV) 
Positive 
Oversh
oot 
(mV) 
Negative 
Overshoot 
(mV) 
Eye 
width 
(ps) 
Eye 
Height 
(mV) 
10G 20 
1 
Đường 1 
Truyền 1.32 V 665.2 -651.1 195.4 183.6 90.726 658.9 
Nhận 1.09 V 586.6 -499.5 274.3 232.7 34.602 125 
Đường 2 
Truyền 185.1 mV 
Nhận 126.4 mV 
9 
Đường 1 
Truyền 1.35 V 676.4 -676.4 204.8 205.9 90.747 650.1 
Nhận 1.12 V 586.8 -531.1 234.3 210.7 51.022 228.6 
Đường 2 
Truyền 13.38 mV 
Nhận 3.57 mV 
18 
Đường 1 
Truyền 1.35 V 676.5 -676.5 204.9 206 90.743 650.1 
Nhận 1.12 V 586.8 -531.2 234.2 210.7 51.051 228.8 
Đường 2 
Truyền 1.78 mV 
Nhận 890.613 uV 
Kết quả: Dựa vào kết quả ở bảng 1, ta thấy khi 
khoảng cách hai đường là 1 mil thì đường thứ 2 tuy 
không mang tín hiệu nhưng xuất hiện nhiễu với biên độ 
lên đến 185.1 mV trên đường truyền và 126.4 mV trên 
đường nhận. Khi khoảng cách giữa hai đường tăng thì 
nhiễu xuyên kênh giảm dần biên độ. 
2) Kết quả mô phỏng lần 2, kịch bản 1: 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 472
Cả hai đường mạch in đều mang tín hiệu. 
Thực hiện tương tự với các khoảng cách đường 
mạch in như lần 1. 
Kết quả: Tương tự như kết quả mô phỏng lần thứ nhất, 
khi khoảng cách giữa hai đường truyền càng xa dần thì 
nhiễu xuyên kênh giữa hai đường truyền giảm dần. 
BẢNG 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LẦN 2 
Tốc 
độ 
bit 
Độ dài 
đường 
mạch 
(inch) 
Khoảng 
cách 
giữa 2 
đường 
mạch 
(mils) 
Đường 
mạch 
Truyền / 
Nhận 
Peak-to-
peak 
Max 
peak 
(mV) 
Min 
peak 
(mV) 
Positive 
Overshoot 
(mV) 
Negative 
Overshoot 
(mV) 
Eye 
width 
(ps) 
Eye 
Height 
(mV) 
10G 20 
1 
Đường 1 
Truyền 1.23 V 627.7 -604.5 159.4 144.3 88.106 691.2 
Nhận 1.05 V 586.9 -467.2 286.9 306.8 1.187 3.31 
Đường 2 
Truyền 1.27 V 683.1 -582.1 212.8 119.9 87.759 697 
Nhận 1.08 V 586.7 -493.1 291.9 241.8 2.476 7.42 
9 
Đường 1 
Truyền 1.35 V 672 -673.5 200.7 203.8 90.715 650.9 
Nhận 1.12 V 586.8 -529.9 234.6 209.6 51.027 228.3 
Đường 2 
Truyền 1.35 V 675.8 -671.5 204.2 201.5 90.679 649.9 
Nhận 1.12 V 586.7 -531.6 234.5 211.2 51.105 229 
18 
Đường 1 
Truyền 1.35 V 676.3 -676.4 204.6 205.9 90.74 650.1 
Nhận 1.12 V 586.8 -531.2 234.2 210.6 51.089 229 
Đường 2 
Truyền 1.35 V 676.4 -676.2 204.7 205.8 90.736 648.8 
Nhận 1.12 V 586.7 -531.3 234.1 210.7 51.13 229.3 
B. Khi hai đường mạch in nằm trong 2 lớp kế cận nhau 
Sử dụng mạch in gồm 10 lớp. Đường mạch in thứ 
nhất nằm trên lớp thứ 7, đường mạch in thứ hai nằm 
trên lớp thứ 8. Hai lớp tín hiệu thứ 7 và 8 này được đặt 
ở giữa lớp 6 (mặt phẳng nguồn) và lớp 9 (mặt phẳng 
GND). Khoảng cách giữa lớp 7 và 8 là 4.5 mils, khoảng 
cách giữa lớp 7 và lớp 6, giữa lớp 8 và lớp 9 là 4.2 mils. 
Tốc độ truyền tín hiệu trên kênh truyền là 10Gb/s 
Độ dài đường mạch in từ bên phát đến bên thu là l = 
5 inch. 
Thực hiện mô phỏng với khoảng cách giữa hai 
đường mạch tăng dần: 
1) Kết quả mô phỏng lần 1, kịch bản 2: 
 Đường mạch in thứ nhất mang tín hiệu, đường 
mạch in thứ hai chưa mang tín hiệu. 
+ Lần thứ 1: d = 0 mil trùng nhau 
+ Lần thứ 2: d = 13.5 mils 
+ Lần thứ 3: d = 27 mils 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 473
L6_PWR
L9_GND
Hình 8. Ảnh hưởng trường điện từ giữa hai kênh truyền 
khi khoảng cách giữa chúng là 4.5 mils 
BẢNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LẦN 1, KỊCH BẢN 2 
Tốc 
độ 
bit 
Độ 
dài 
đường 
mạch 
(inch) 
Khoảng 
cách 
giữa 2 
đường 
mạch 
(mils) 
Đường 
mạch 
Truyền / 
Nhận 
Peak-to-
peak 
Max 
peak 
(mV) 
Min 
peak 
(mV) 
Positive 
Overshoot 
(mV) 
Negative 
Overshoot 
(mV) 
Eye 
width 
(ps) 
Eye 
Height 
(mV) 
10G 5 
0 
Đường 1 
Truyền 1.44 V 711.5 -723.9 210.8 224.2 82.444 804.8 
Nhận 1.20 V 599.3 -599 79.88 87.25 89.461 
873
.4 
Đường 2 
Truyền 296.1 mV 
Nhận 100.6 mV 
13.5 
Đường 1 
Truyền 1.45 V 719.2 -728.1 211.5 223.9 82.073 827.2 
Nhận 1.22 V 612.4 -603.1 84.17 83.82 89.239 893.3 
Đường 2 
Truyền 141.6 mV 
Nhận 69.04 mV 
27 
Đường 1 
Truyền 1.47 V 729.8 -736.9 217.8 225.6 81.895 843.9 
Nhận 1.24 V 622.2 -617.7 86.82 88.97 89.205 915.2 
Đường 2 
Truyền 23.33 mV 
Nhận 11.09 mV 
Nhận xét: Khi hai đường truyền đặt chồng lên nhau thì 
nhiễu xuyên âm càng lớn. Như trong bảng 3, đường 
truyền thứ hai chưa có tín hiệu nhưng chịu nhiễu từ 
đường truyền thứ nhất có biên độ nhiễu lên đến 296.1 
mV với bên phát và 100.6 mV với bên thu. Khi ta tăng 
khoảng cách các kênh truyền này thì biên độ của nhiễu 
xuyên kênh giảm dần. 
2) Kết quả mô phỏng lần 2, kịch bản 2: 
Cả hai đường mạch in đều mang tín hiệu. 
Nhận xét: Trong trường hợp cả hai đường đều mang tín 
hiệu, nhiễu xuyên kênh vẫn tác động qua lại giữa hai 
đường. Điều này làm cho tín hiệu tại đầu phát và thu 
của hai đường truyền đều bị nhiễu. Khi khoảng cách 
giữa hai đường càng xa thì nhiễu xuyên kênh giữa hai 
kênh càng giảm. 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 474
BẢNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LẦN 2, KỊCH BẢN 2 
Tốc 
độ 
bit 
Độ dài 
đường 
mạch 
(inch) 
Khoảng 
cách 
giữa 2 
đường 
mạch 
(mils) 
Đường 
mạch 
Truyền / 
Nhận 
Peak-to-peak 
Max 
peak 
(mV) 
Min 
peak 
(mV) 
Positive 
Overshoot 
(mV) 
Negative 
Overshoot 
(mV) 
Eye 
width 
(ps) 
Eye 
Height 
(mV) 
10G 5 
0 
Đường 1 
Truyền 1.57 V 778.4 -789.9 216.5 226.2 81.901 964.9 
Nhận 1.25 V 628.1 -621.9 93.63 95.29 88.935 901.2 
Đường 2 
Truyền 1.57 V 779 -787.8 213.7 220.7 82.583 975.8 
Nhận 1.25 V 629.5 -623.5 95 96.89 89.052 890.4 
13.5 
Đường 1 
Truyền 1.40 V 682.1 -721.3 198.9 242.1 81.867 736.2 
Nhận 1.20 V 611.6 -587.2 92.65 74.57 89.324 869.6 
Đường 2 
Truyền 1.38 V 700 -680.6 214.6 195.5 82.757 739.6 
Nhận 1.21 V 597.9 -612.4 77.75 100.2 89.813 863 
27 
Đường 1 
Truyền 1.46 V 724.1 -734 216.3 227.1 81.872 828.4 
Nhận 1.24 V 621.8 -614.5 87.45 86.3 89.269 914.2 
Đường 2 
Truyền 1.45 V 720.8 -724.3 208.9 213.4 82.574 843.2 
Nhận 1.23 V 615.7 -617.1 81.44 89.61 89.461 907 
IV. KẾT LUẬN 
Khi thiết kế mạch in tốc độ cao, các vấn đề về nhiễu 
luôn phải được xem xét. Nhiễu xuyên kênh là một trong 
những loại nhiễu ảnh hưởng tới mạch in và cần phải 
được loại bỏ. Khi khoảng cách giữa các đường truyền 
càng xa thì nhiễu xuyên kênh càng giảm thiểu. Vì vậy 
trong khi đi dây cho các đường mạch tốc độ cao thì phải 
thực hiện như sau [1], [2], [3]: 
- Đường truyền tốc độ cao phải được bố trí ưu tiên 
nhất trong các đường mạch, nên đi dây các đường 
truyền này trên những lớp ở dưới cùng của bo mạch in 
để giảm thiểu đoạn dư thừa. Phải được tham chiếu đầy 
đủ lên các lớp mặt phẳng để đảm bảo được sự phối hợp 
trở kháng. 
- Khoảng cách giữa hai đường truyền cùng trên một 
lớp càng xa càng tốt, tối thiểu là phải được gấp ba lần 
khoảng cách giữa đường truyền tới mặt phẳng tham 
chiếu gần nhất. 
- Các linh kiện có các kết nối tốc độ cao thì nên 
được đặt gần nhau để giảm thiểu khoảng cách của 
đường truyền. 
- Các đường truyền nằm trên hai lớp khác nhau 
nhưng không có lớp mặt phẳng tham chiếu ở giữa thì 
nên được đi vuông góc với nhau để triệt tiêu nhiễu 
xuyên kênh, tránh những trường hợp đi song song với 
nhau quá dài. 
- Không đi các đường dây mang tín hiệu tương tự 
băng qua vùng đi dây của tín hiệu tốc độ cao vì chúng 
sẽ làm can nhiễu lên nhau. Các đường mạch tốc độ cao 
cũng nên được tránh xa các nguồn nhiễu trên bo như: bộ 
nguồn, các tín hiệu RF, tín hiệu đồng bộ, 
 Thực hiện tốt các bước trên thì tín hiệu trên các 
đường truyền sẽ đảm bảo được tính toàn vẹn của nó, tuy 
nhiên vấn đề đặt ra là phải tính toán sao cho kích thước 
của bo mạch in được tối thiểu hóa. 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 475
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Altera Corporation, High-Speed Board Layout Guidelines, 
Application note 224, Ver.1.2, 2009. 
[2] Altera Corporation, High-Speed Board Designs, Application 
note 75, Ver.4.0, 2001. 
[3] Altera Corporation, Via Optimization Techniques for High-
Speed Chanel Designs, Application note 529, Ver.1, 2008. 
[4] Douglas Brooks, Differential Trace Design Rules Truth vs 
Fiction, UltraCAD Design, 2002. 
[5] Howard W. Johnson and Martin Graham, High-Speed Digital 
Design: A Handbook of Black Magic, Prentice Hall, New Jersey, 
1993. 
[6] Kraig Mitzner, Complete PCB Design Using OrCad Capture and 
Layout, Newnes, USA, 2007. 
[7] Mark Glenewinkel, System Design and Layout Techniques for 
Noise Reduction in MCU-Based Systems, Motorola Application 
note, 1995. 
[8] Mentor Graphics, HyperLynx Signal Integrity Analysis, Mentor 
Graphics, USA, 2005. 
[9] Stephen C. Thierauf, High-Speed Circuit Board Signal Integrity, 
Artech House, London, 2004. 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 476