PCB Crosstalk Uitgelegd: Oorzaken, Effecten en Effectieve Tegenmaatregelen

Laten we het eerlijk zijn. PCB crosstalk is een massaal probleem waar de gemiddelde ingenieur met high-speed PCBs mee te maken krijgt.

Deze dagen hebben we meer compacte borden, wat het nog essentieelere maakt om crosstalk te analyseren voordat PCBs gemonteerd worden. Echter, als u niet bekend bent met het concept van crosstalks, kan het een beetje lastig zijn om te tegengaan.

Dit artikel laat u zien wat crosstalk is en wat u nodig heeft om het te voorkomen. We zullen ook meer licht werpen op de verschillende typen crosstalk.

Bent u klaar? Laten we beginnen!

Wat is Crosstalk in PCB?

PCB crosstalk is een ongewenste energiekoppeling tussen sporen. Het veroorzaakt dat de signaalpulsen van een spoor een ander spoor overschrijven, zelfs als ze niet in fysiek contact zijn. Het gebeurt meestal wanneer u uw parallele sporen niet correct ruimt.

PCB Sporen

Hoewel u kunt betogen dat uw ontwerpen voldoen aan minimale afstandsvereisten, is het misschien niet genoeg om elektromagnetische koppeling te voorkomen.

Dus bedenk twee parallele sporen op een PCB; Als een spoor een hogere amplitude heeft, kan het het spoor met een lagere amplitude beïnvloeden. Als resultaat begint het zwakkere signaal te kopiëren, het sterkere signaal in plaats van het te transmitteren. Dat is wanneer crosstalk optreedt.

In feite veroorzaakt wederzijdse inductie de overdracht van stroom van de sterke naar de zwakke spoor. Dan maakt de condensator die ontstaat uit de wederzijdse capaciteit de stroom vergelijkbaar, wat de signaalintegriteit van een circuit kan beïnvloeden.

Veel ontwerpers geloven dat cresltalk voortkomt uit parallele lijnen op dezelfde laag. Maar het kan ook optreden in aangrenzende lijnen op verschillende lagen.

Bovendien kan het controleren of voorkomen van crosstalk lastig zijn, voornamelijk wanneer het ongedetecteerd blijft. En als u er niet mee omgaat in de initiële fase van uw ontwerpen, zou het de functionaliteit van uw PCB degraderen.

Hoe Gebeurt Crosstalk Op Een PCB?

Hand Inspecteert PCB

Er zijn meestal twee manieren waarop crosstalk in een circuit kan gebeuren: Common impedance coupling of elektromagnetische koppeling. Common impedance coupling is gemakkelijk te analyseren en treedt alleen op wanneer verschillende signalen één terugkeerkoppeling delen.

Aan de andere kant is elektromagnetisch veldkoppeling complexer en heeft twee sub-afdelingen: inductieve en capacitieve.

Capacitieve Koppeling

Parallele sporen zijn de condensator-parallele platen van een high-speed PCB gescheiden door een dielectrisch. En het electrisch veld tussen de sterke en zwakke spoor is wat we de condensator labelen.

Nu, als er een verandering in condensatorspanning is, zal het het electrisch veld veranderen en een verplaatsingsstroom genereren. Deze verplaatsingsstroom veroorzaakt een capacitief gekoppelde stroom, wat leidt tot crosstalk. We noemen dit effect parasitaire capaciteit.

Inductieve Koppeling

Inductieve koppeling hangt af van het aantal magneetveldringen dat om de zwakkere spoor draait. Het magneetveld van de sterkere spoor omringt de kwetsbaardere lijn en verandert de transmissiestroom.

Wanneer dit gebeurt, induceert de sterkere lijn spanning volgens Faraday's wet van inductie. De geïnduceerde spanning is wat de stroom in de vorm van crosstalk transmiteert.

Breedzijdige Koppeling

Breedzijdige koppeling gebeurt wanneer parallele sporen dicht bij aangrenzende lagen lopen. Bovendien is het meer waarschijnlijk wanneer een kleine hoeveelheid kern-dikte deze aangrenzende signaallagen scheidt. Meestal is het 0,1 millimeter (4 mils), wat niet bijna genoeg is voor het ruimen van twee sporen op dezelfde of aangrenzende laag.

Typen Crosstalk

Crosstalk Beïnvloedt Signaaltransmissie

We kunnen verschillende crosstalk-typen classificeren in voortplantingsrichting, meetzones en kwantificering. Laten we eens nader kijken.

Op Basis van Voortplantingsrichting

Onder deze classificatie hebben we twee crosstalk-typen, inclusief voorwaartse en achterwaartse crosstalk.

Voor voorwaartse crosstalk, transmiteert het kwetsbaardere spoor de gekopieerde stroom in de richting van het sterkere signaal. Integenstelling, achterwaartse crosstalk betekent dat het gekopieerde signaal in de tegenovergestelde richting transmiteert.

Hier zijn de formules voor crosstalk gebaseerd op voortplantingsrichting:

Op Basis van Meetzones

Er zijn ook twee crosstalk-typen onder deze classificatie. Ze omvatten:

• Far-end crosstalk (FEXT): verwijst naar de interferentie aan de ontvangerkant van het zwakkere spoor.
• Near-end crosstalk (NEXT): verwijst naar de ruis aan de driver-kant van het zwakkere spoor.

Ook kunnen deze crosstalk-typen overal op een spoor gebeuren. Dus het maakt niet uit of het een single-ended of dubbele geleider is.

Op Basis van Kwantificering

Hier hebben we drie crosstalk-typen, die omvatten:

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

Alien Crosstalk

Deze crosstalk is gecompliceerder dan andere varianten. Het is moeilijk te elimineren, en afscherming biedt niet genoeg bescherming. Het gebeurt wanneer verschillende signalen het zwakke signaal corrumperen.

Wat Veroorzakt Crosstalk?

Crosstalk Meten

Hier zijn enkele factoren die PCB crosstalk kunnen veroorzaken:

• Crosstalk kan een resultaat zijn van voortplantingssnelheidsverschillen. U kunt het echter mitigeren door voortplantingsvertraging en spoorlengtematching.
• Verhoogde data rates kunnen ook crosstalk veroorzaken. Een bord met hoge data rates zal ook hoge opstijgtijden hebben. En Faraday's wet stelt dat een hogere opstijgtijd crosstalk zal verhogen.
• Stubbed PCB via's is een andere factor die crosstalk kan genereren. Ze creëren reflecties en ringing, wat crosstalk veroorzaakt.
• Bordgrootte: een groter bord vereist langere sporen. Maar langere sporen kunnen crosstalk veroorzaken - omdat ze als antennes werken.

Hoe Crosstalk in PCB Te Verminderen

High-speed PCB

U kunt crosstalk niet altijd vermijden in high-speed PCBs. Maar u kunt het reduceren tot een onbeduidend niveau. Hier zijn enkele methoden die u kunt gebruiken voor deze taak.

1. Gebruik Alleen Solide Referentievlakken.

Solide referentievlakken kunnen de overstromende magneet- en electrische velden absorberen. Daarom zal het niet verspreiden en andere signalen corrumperen.

2. Gebruik Back-drilled Via's

PCB met Via's

Vermijd het gebruik van via subs omdat ze signaalintegriteit kunnen dempen en crosstalk veroorzaken. Ga in plaats daarvan voor back-drilled via's.

3. Controleren en Beperken van Crosstalk

Meet uw bords crosstalk en zorg ervoor dat het niet verder gaat dan 150mV. Vermijd ook het aanpassen van uw signaalopstijgtijd. Het kan crosstalk verhogen en het potentieel voorbij de limiet zetten.

4. Kies Voor Differentiële Paar Routing

Het gebruik van strak gekoppelde differentiële routing kan helpen crosstalk te verminderen. Hoe? Omdat er geen gelijke koppeling is, zullen de differentiële paren de common mode noise niet accepteren, wat crosstalk mitigeert.

5. Scheid Hoge-Frequentie Signalen

Man Werkt Op PCB

Vermijd het plaatsen van hoge-frequentie signalen in de buurt van andere signalen. Het scheiden ervan zou helpen de kans op crosstalk te verminderen.

6. Correct Oneven en Even Modus van Transmissie Elimineren

U kunt een drie-weerstandsnetwerk of T-terminatie gebruiken om de even en oneven transmissiemodus effectief te annuleren.

7. Korte Sporen Gebruiken

PCB met Sporen

Kort gezegd, hoe langer uw sporen zijn, hoe hoger de kans op crosstalk. Echter, sporen kort houden kan helpen koppeling te verminderen en crosstalk te mitigeren.

8. Asynchrone Signalen Scheiden

Houd asynchrone signalen altijd ver weg van hoge-frequentie signalen. Probeer ze dichter bij voedingslijnen te plaatsen om de mogelijkheid van crosstalk te verminderen.

9. Parallele Spoorloops Verminderen

Langere sporen (boven 500 mils) zullen wederzijdse inductie verhogen en crosstalk veroorzaken.

10. Guard Sporen Gebruiken

U kunt guard sporen gebruiken om crosstalks tussen transmissielijnen te mitigeren. Echter, deze sporen zijn lastig en maken routing gecompliceerd.

11. Orthogonale Routing Gebruiken

Als u werkt met aangrenzende signaallagen, probeer ze orthogonaal te routen. Het zou helpen capacitieve koppeling tussen de lagen te verminderen.

12. Houd Uw Sporen Gescheiden

Goed Gescheiden Sporen

Gebruik de 3W-regel om al uw sporen correct te ruimen. Als u zich niet aan deze regel houdt, krijgt u een verhoogde wederzijdse capaciteit, wat leidt tot crosstalk. Maar het gebruik van de 3W-wet zal helpen crosstalk met 70% te minimaliseren.

Let op: U kunt 98% crosstalk-reductie krijgen door de 10W-regel te gebruiken.

Laatste Woorden

PCB

Crosstalk is een van de onvermijdelijke problemen van high-speed PCBs. Helaas is het onmogelijk om het van uw bord te elimineren, maar u kunt het reduceren tot een niveau dat uw signaalintegriteit en circuitprestaties veilig houdt.

Crosstalk is het resultaat van ongewilde koppeling tussen parallele of aangrenzende sporen. Maar u kunt de kans op koppeling minimaliseren door uw lijnen correct te ruimen.

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

Voel u vrij om contact met ons op te nemen als u vragen heeft.