PCB Crosstalk:wat het is en hoe het tegen te gaan

Laten we eerlijk zijn. PCB-overspraak is een enorm probleem waarmee de gemiddelde ingenieur wordt geconfronteerd met high-speed PCB's.

Tegenwoordig hebben we compactere borden, waardoor het belangrijker is om overspraak te analyseren voordat PCB's worden geassembleerd. Als u echter niet bekend bent met het concept van overspraak, kan het een beetje lastig zijn om dit tegen te gaan.

Dit artikel laat je zien wat overspraak is en wat je nodig hebt om het te voorkomen. We zullen ook meer licht werpen op de verschillende soorten overspraak.

Ben je klaar? Laten we beginnen!

Wat is overspraak in PCB?

PCB-overspraak is een ongewenste energiekoppeling tussen sporen. Het zorgt ervoor dat de signaalpulsen van een spoor een ander spoor overschrijven, zelfs als ze geen fysiek contact hebben. Het gebeurt meestal wanneer u uw parallelle sporen niet correct plaatst.

PCB-sporen

Hoewel u zou kunnen beweren dat uw ontwerpen zich aan de minimale afstandsvereisten houden, is het misschien niet voldoende om elektromagnetische koppeling te voorkomen.

Denk dus aan twee parallelle sporen op een PCB; Als één spoor een hogere amplitude heeft, kan dit het spoor met een lagere amplitude beïnvloeden. Als gevolg hiervan begint het signaal van het zwakkere spoor te kopiëren, het sterkere signaal in plaats van het te verzenden. Dat is wanneer overspraak optreedt.

In werkelijkheid veroorzaakt wederzijdse inductie de overdracht van stroom van het sterke naar het zwakke spoor. Vervolgens maakt de condensator die wordt gecreëerd op basis van de wederzijdse capaciteit de stroom vergelijkbaar, wat de signaalintegriteit van een circuit kan beïnvloeden.

Veel ontwerpers geloven dat overspraak het gevolg is van parallelle lijnen op dezelfde laag. Maar het kan ook voorkomen in aangrenzende lijnen op verschillende lagen.

Bovendien kan het beheersen of voorkomen van overspraak lastig zijn, vooral als het onopgemerkt blijft. En als u er in de beginfase van uw ontwerpen niet mee omgaat, zou dit de functionaliteit van uw printplaat verlagen.

Hoe gebeurt Crosstalk op een PCB?

Hand inspecteren PCB

Er zijn meestal twee manieren waarop overspraak in een circuit kan plaatsvinden:gemeenschappelijke impedantiekoppeling of elektromagnetische koppeling. Gemeenschappelijke impedantiekoppeling is eenvoudig te analyseren en treedt alleen op wanneer verschillende signalen één retourpad delen.

Aan de andere kant is het koppelen van elektromagnetische velden complexer en heeft het twee onderverdelingen:inductief en capacitief.

Capacitieve koppeling

Parallelle sporen zijn de parallelle platen van de condensator van een hogesnelheidsprintplaat, gescheiden door een diëlektricum. En het elektrische veld tussen het sterke en zwakke spoor is wat we de condensator noemen.

Als er nu een verandering in de condensatorspanning is, zal dit het elektrische veld veranderen en een verplaatsingsstroom genereren. Deze verplaatsingsstroom veroorzaakt een capacitief gekoppelde stroom, wat leidt tot overspraak. We noemen dit effect parasitaire capaciteit.

Inductieve koppeling

Inductieve koppeling hangt af van het aantal magnetische veldringen dat rond het zwakke spoor draait. Het magnetische veld van het sterkere spoor omringt de meer kwetsbare lijn en verandert de transmissiestroom.

Wanneer dit gebeurt, induceert de sterkere lijn spanning volgens de inductiewet van Faraday. De geïnduceerde spanning is wat de stroom verzendt in de vorm van overspraak.

Breedzijdige koppeling

Broadside-koppeling vindt plaats wanneer parallelle sporen dicht bij aangrenzende lagen lopen. Bovendien is de kans groter dat een kleine hoeveelheid kerndikte deze aangrenzende signaallagen scheidt. Meestal is het 0,1 millimeter (4 mil), wat lang niet genoeg is om twee sporen op dezelfde of aangrenzende laag uit elkaar te plaatsen.

Soorten overspraak

Overspraak beïnvloedt signaaloverdracht

We kunnen verschillende soorten overspraak indelen in voortplantingsrichting, meetzones en kwantificering. Laten we eens nader kijken.

Gebaseerd op voortplantingsrichting

Onder deze classificatie hebben we twee soorten overspraak, waaronder doorsturen en achterwaartse overspraak.

Voor voorwaartse overspraak verzendt het meer kwetsbare spoor de gekopieerde stroom in de richting van het sterkere signaal. Achterwaartse overspraak daarentegen betekent dat het kopieersignaal in de tegenovergestelde richting wordt verzonden.

Hier zijn de formules voor overspraak op basis van voortplantingsrichting:

Gebaseerd op meetzone

Er zijn ook twee soorten overspraak onder deze classificatie. Ze omvatten:

• Far-end overspraak (FEXT):verwijst naar de interferentie aan de ontvangerzijde van het zwakkere spoor.
• Near-end crosstalk (NEXT):verwijst naar de ruis aan de bestuurderszijde van het zwakkere spoor.

Deze overspraaktypen kunnen ook overal op een spoor voorkomen. Het maakt dus niet uit of het een enkelzijdige of dubbele geleider is.

Gebaseerd op kwantificering

Hier hebben we drie soorten overspraak, waaronder:

1. Eerst, Power-sum-FEXT (PS-FEXT):verwijst naar de absolute invloed van verre overspraak.
2. Ten tweede, Power-sum-NEXT (PS-NEXT):verwijst naar het relatieve effect van near-end overspraak.
3. Derde, Power-sum-equal-level-crosstalk (PS-ELFEXT):verwijst naar de toevoeging van PS-NEXT en PS-FEXT.

Alien Crosstalk

Deze overspraak is ingewikkelder dan andere varianten. Het is moeilijk te elimineren en afscherming biedt niet voldoende bescherming. Het gebeurt wanneer verschillende signalen het zwakke signaal beschadigen.

Wat veroorzaakt overspraak?

Overspraak meten

Hier zijn enkele factoren die PCB-overspraak kunnen veroorzaken:

• Kruis kan het gevolg zijn van verschillen in voortplantingssnelheid. U kunt het echter verminderen door voortplantingsvertraging en traceringslengte-overeenkomst.
• Verhoogde datasnelheden kunnen ook overspraak veroorzaken. Een bord met hoge datasnelheden zal ook hoge stijgtijden hebben. En de wet van Faraday stelt dat een hogere stijgtijd overspraak zal verhogen.
• Stubbed PCB-via's is een andere factor die overspraak kan veroorzaken. Ze creëren reflecties en rinkelen, waardoor overspraak ontstaat.
• Boardmaat:een groter bord heeft langere sporen nodig. Maar langere sporen kunnen overspraak veroorzaken, omdat ze werken als antennes.

Hoe overspraak op PCB's te verminderen

Hogesnelheidsprintplaat

Je kunt overspraak in high-speed PCB's niet altijd vermijden. Maar je kunt het verminderen tot een onbeduidend niveau. Hier zijn enkele methoden die u voor deze taak kunt gebruiken.

1. Gebruik alleen solide referentievlakken.

Vaste referentievlakken kunnen de overlopende magnetische en elektrische velden absorberen. Daarom zal het andere signalen niet verspreiden en corrumperen.

2. Gebruik doorgeboorde via's

PCB met Via's

Vermijd het gebruik van via-subs, omdat deze de signaalintegriteit kunnen dempen en overspraak kunnen veroorzaken. Ga in plaats daarvan voor doorgeboorde via's.

3. Overspraak controleren en beperken

Meet de overspraak van uw bord en zorg ervoor dat deze niet verder gaat dan 150mV. Vermijd ook het aanpassen van de stijgtijd van uw signaal. Het kan overspraak verhogen en mogelijk de limiet overschrijden.

4. Kies voor differentiële paarroutering

Het gebruik van nauw gekoppelde differentiële routering kan overspraak helpen verminderen. Hoe? Omdat er geen gelijke koppeling is, accepteren de differentiële paren de common-mode-ruis niet, wat overspraak vermindert.

5. Afzonderlijke hoogfrequente signalen

Man aan het werk op PCB

Plaats geen hoogfrequente signalen in de buurt van andere signalen. Door ze te scheiden, wordt de kans op overspraak kleiner.

6. Elimineer de oneven en even wijze van verzending op de juiste manier

U kunt een netwerk met drie weerstanden of een T-aansluiting gebruiken om de even en oneven transmissiemodus effectief te annuleren.

7. Gebruik korte sporen

PCB met sporen

Stel, hoe langer je sporen zijn, hoe groter de kans op overspraak. Het kort houden van sporen kan echter helpen de koppeling te verminderen en overspraak te verminderen.

8. Afzonderlijke asynchrone signalen

Houd asynchrone signalen altijd ver weg van hoogfrequente signalen. Probeer ze dichter bij hoogspanningsleidingen te plaatsen om de kans op overspraak te verminderen.

9. Parallelle traceerruns verminderen

Langdurigere sporen (meer dan 500 mil) zullen de wederzijdse inductie verhogen en overspraak veroorzaken.

10. Gebruik bewakingssporen

U kunt bewakingssporen gebruiken om overspraak tussen transmissielijnen te verminderen. Deze sporen zijn echter lastig en maken de routering ingewikkeld.

11. Orthogonale routering gebruiken

Als je met aangrenzende signaallagen werkt, probeer ze dan orthogonaal te routeren. Het zou helpen om de capacitieve koppeling tussen de lagen te verminderen.

12. Houd je sporen gescheiden

Goed uit elkaar geplaatste sporen

Gebruik de 3W-regel om al uw sporen correct te plaatsen. Als je je niet aan deze regel houdt, krijg je een verhoogde onderlinge capaciteit, wat leidt tot overspraak. Maar door de 3W-wet te gebruiken, wordt overspraak met 70% geminimaliseerd.

Opmerking:u kunt overspraakreductie van 98% krijgen door de 10w-regel te gebruiken.

Laatste woorden

printplaat

Overspraak is een van de onvermijdelijke problemen van high-speed PCB's. Helaas is het onmogelijk om het van je bord te verwijderen, maar je kunt het verminderen tot een niveau dat je signaalintegriteit en circuitprestaties veilig houdt.

Overspraak is het resultaat van onbedoelde koppeling tussen parallelle of aangrenzende sporen. Maar u kunt de kans op koppeling minimaliseren door uw regels op de juiste afstand te plaatsen.

Onthoud dat er verschillende manieren zijn om overspraak te verminderen, dus zorg ervoor dat u er een gebruikt die bij uw circuitontwerp past.

Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft.