PCB-Neuigkeiten - Hochgeschwindigkeits-PCB-Design-Übersprechenanalyse

Übersprechen bezieht sich auf das unerwünschte Rauschspannungssignal, das durch die gegenseitige Kopplung elektromagnetischer Felder zwischen benachbarten Signalen erzeugt wird, wenn sich das Signal auf der Übertragungsleitung ausbreitet, das ist, die Energie wird von einer Leitung zur anderen gekoppelt. Mit zunehmender Komplexität und Leistung elektronischer Produkte, die Dichte von gedruckte SchaltungBretter und die Häufigkeit der verwandten Geräte steigt ständig. Die Aufrechterhaltung und Verbesserung der Geschwindigkeit und Leistung des Systems ist ein wichtiges Thema für Konstrukteure geworden. Je höher die Signalfrequenz, je steiler die Kante, die kleinere Leiterplattengröße, und die erhöhte Verdrahtungsdichte alle machen den Einfluss von Übersprechen in High-Speed PCB-Design deutlich zunehmen. Das Problem des Übersprechens besteht objektiv, Das Überschreiten einer bestimmten Grenze kann jedoch zu einer falschen Auslösung des Stromkreises führen und dazu führen, dass das System nicht normal funktioniert. Der Designer muss das Prinzip des Übersprechens verstehen und geeignete Methoden im Design anwenden, um die negativen Auswirkungen des Übersprechens zu minimieren.

Die Querwicklung in Hochgeschwindigkeit PCB-Design kann durch Magnetfeldkopplung verursacht werden, die durch gegenseitige Induktivität erzeugt wird, oder elektrische Feldkupplung erzeugt durch gegenseitige Kapazität. die Übersprechermodelle zweier gekoppelter Übertragungsleitungen. Nah-End Übersprechen bezieht sich auf das Übersprechen auf der gestörten Leitung in der Nähe des Störleitungstreibers, Übersprechen und Übersprechen bezieht sich auf das Übersprechen auf der gestörten Leitung nahe dem Empfangsende der Störleitung.

Magnetic field (inductive) and electric field (capacitive) crosstalk model diagram

Inductive coupling is the interference caused by the induced voltage on the interfered object due to the magnetic field generated by the current change on the interference source. Das Magnetfeld des auf der Leitung ab in übertragenen Signals induziert eine Spannung auf der Leitung cd. Die Störleitung kann als primäre Seite des Transformators betrachtet werden, Die gestörte Leitung kann als sekundäre Seite des Transformators angesehen werden, und der Strom, der durch die gestörte Leitung erzeugt wird, ist am nahen Ende. Strömung im Lastwiderstand und im Fernlastwiderstand. Tp ist die Verzögerungszeit der Übertragungsleitung, und Tr ist die Anstiegszeit des Antriebssignals. Es ist zu sehen, dass die Fernkopplung einen negativen Impuls mit einer Impulsbreite von Tr erzeugt, und die Nah-End-Kupplung speichert 2TP Zeiterweiterung, und seine Amplitude bleibt unverändert, aber die Gesamtfläche ihres Kopplungsübersprechens ist gleich. The total area von crosstalk coupling is proportional to LM (dIs/dt) and coupling length.

Kapazitive Kopplung ist die Störung, die durch den induzierten Strom auf dem gestörten Objekt aufgrund der Spannungsänderung an der Störquelle verursacht wird. Die Wellenform jedes Punktes, der durch gegenseitige kapazitive Kopplung verursacht wird, wird in .Der Unterschied zur gegenseitigen induktiven Kopplung besteht darin, dass die Fernkopplung ein positiver Impuls ist.. The coupling crosstalk area is proportional to CM[(dv/dt) and coupling length.

Induktives und kapazitives Kopplungsübersprechen ist im Wesentlichen das Ergebnis der Überlagerung von zwei Kopplungsübersprechen. It can be seen from that both inductive coupling and capacitive coupling crosstalk try to enhance their effect at the near end d (they have the same polarity at point d), while at the far end c try to cancel each other's effect (their polarities at point c on the contrary). Die Amplitude des Nah-End-Übersprecheimpulses ist konstant, und die Pulsbreite ist die doppelte Ausbreitungszeit Tp, die durch den Kopplungsbereich dargestellt wird. Die Breite des Fernpulses entspricht ungefähr der Anstiegszeit Tr des Impulses auf der Störleitung, und die Amplitude steigt mit der Zunahme der Kupplungslänge. Unter normalen Bedingungen, in einer kompletten Ebene, Die induktiven und kapazitiven Übersprechenspannungen sind grundsätzlich gleich. Die Streifenschaltung in der Leiterplattenschaltung hat eine gute Balance zwischen induktiver und kapazitiver Kopplung, und sein weit verbreitetes Übersprechen ist klein; für Microstrip Für die Linie, Der größte Teil des elektrischen Feldes im Zusammenhang mit Übersprechen geht durch die Luft anstelle von anderen Isoliermaterialien, so ist der kapazitive Übersprechen kleiner als der induktive String, was bewirkt, dass seine Fernkopplung eine negative Zahl ist. Wenn Übersprechen das Hauptproblem ist, dann alle empfindlichen Spuren als Streifen anordnen.

Mutual inductance and mutual capacitive coupling crosstalk waveform diagram

The effect of crosstalk on the system is generally negative. Es ist unmöglich, Übersprechen in hoher Dichte und Komplexität vollständig zu vermeiden PCB-Design. Um Übersprechen zu reduzieren, Grundsätzlich ist es, die Kopplung zwischen dem Störquellennetz und dem Störnetzwerk so klein wie möglich zu machen. Im Systemdesign, Wir sollten eine geeignete Methode wählen, um Übersprechen zu minimieren, ohne die andere Leistung des Systems zu beeinträchtigen. In Kombination mit der obigen Analyse, the solution to the crosstalk problem is mainly considered from the following aspects:

When the wiring conditions allow, increase the distance between the transmission lines as much as possible; or reduce the parallel length between adjacent transmission lines as much as possible (cumulative parallel length), preferably wiring between different layers;

In the case of ensuring the signal timing, Wählen Sie Geräte mit niedriger Umwandlungsgeschwindigkeit so weit wie möglich, um die Änderungsrate des elektrischen Feldes und des Magnetfeldes zu verlangsamen, thereby reducing crosstalk;

The signal layer of two adjacent layers (without planar layer isolation) should be perpendicular to the routing direction, try to avoid parallel routing to reduce crosstalk between layers;
When designing the stack, unter der Bedingung der Erfüllung der charakteristischen Impedanz, the dielectric layer between the wiring layer and the reference plane (power or ground plane) should be made as thin as possible, thus increasing the coupling between the transmission line and the reference plane and reducing adjacent Coupling of transmission lines;

Because the surface layer has only one reference plane, Die elektrische Feldkupplung der Oberflächenverdrahtung ist stärker als die der mittleren Schicht, so signal lines that are more sensitive to crosstalk are placed in the inner layer as much as possible;

Through termination, die Impedanz des fernen und nahen Endes der Übertragungsleitung mit der Übertragungsleitung übereinstimmt, die Amplitude des Übersprechens stark reduzieren kann.

Übersprechen ist ein Problem, das bei Hochgeschwindigkeiten nicht ignoriert werden kann Leiterplattenschaltung design, und es wird immer mehr Aufmerksamkeit. Digital-basiertes Systemdesign hat eine neue Stufe betreten. Viele Probleme beim Hochgeschwindigkeitsdesign, die in der Vergangenheit zweitrangig waren, haben sich jetzt kritisch auf die Systemleistung ausgewirkt. Probleme mit der Signalintegrität einschließlich Übersprechen haben Änderungen in den Designkonzepten bewirkt, Entwurfsprozesse, und Konstruktionsmethoden. Angesichts neuer Herausforderungen, Der Schlüssel zu Übersprecherauschen besteht darin, die Netzwerke herauszufinden, die einen echten Einfluss auf den normalen Betrieb des Systems haben, anstatt Übersprecherauschen in allen Netzwerken blind zu unterdrücken, was auch im Widerspruch zu begrenzten Verdrahtungsressourcen steht. of.