Leiterplatte Blog - Forschung zu Crosstalk Analyse und Steuerung im High Speed PCB Board Design

Im heutigen sich schnell entwickelnden Leiterplattendesignfeld sind hohe Geschwindigkeit und Miniaturisierung zu einem Trend geworden. Wie man die Geschwindigkeit und Leistung des Systems beibehält und verbessert und gleichzeitig die Größe des elektronischen Systems reduziert, ist zu einem wichtigen Thema für Designer geworden. EDA-Technologie hat eine komplette Reihe von Design-Analysewerkzeugen und -Methoden für Hochgeschwindigkeits-PCB- und Board-Level-Systeme entwickelt. Diese Technologien decken alle Aspekte der High-Speed-Schaltungsdesign-Analyse ab: statische Timing-Analyse, Signalintegritätsanalyse, EMI/EMV-Design, Ground Bounce-Analyse, Leistungsanalyse und Hochgeschwindigkeits-Router. Gleichzeitig umfasst es auch die Überprüfung und Abmeldung der Signalintegrität, die Erkennung von Entwurfsräumen, die Verbindungsplanung, die Zusammenschaltungssynthese, die durch elektrische Regeln eingeschränkt wird, und den Vorschlag technischer Methoden wie Systeme bieten auch die Möglichkeit, Probleme der Signalintegrität effizient und besser zu lösen. Hier werden wir die Methode zur Analyse von Signalübersprachen in Signalintegritätsproblemen und deren Steuerung diskutieren.

1. Der Mechanismus der Übersprechersignalgenerierung

Übersprechen bedeutet, dass, wenn ein Signal auf dem Übertragungskanal übertragen wird, es aufgrund der elektromagnetischen Kopplung eine unerwünschte Wirkung auf benachbarte Übertragungsleitungen hat, und eine bestimmte Kopplungsspannung und Kopplungsstrom in das gestörte Signal eingespritzt werden. Übermäßiges Übersprechen kann zu einer falschen Auslösung des Schaltkreises führen, was dazu führt, dass das System nicht ordnungsgemäß funktioniert. In der Schaltung, die in Abbildung 1 gezeigt wird, wird das Tor zwischen AB die Aggressorlinie genannt, und das Tor zwischen CD wird die Victim Line genannt. Sobald der Aggressor seinen Zustand ändert, können wir das Pulsübersprechen am Opfer beobachten. Die Signalübertragung auf dem Übertragungskanal verursacht zwei verschiedene Arten von Rauschsignalen auf benachbarten Übertragungsleitungen: kapazitiv gekoppelte Signale und induktiv gekoppelte Signale. Kapazitive Kopplung ist die elektromagnetische Störung, die durch die Änderung der Spannung (Vs) auf der Störquelle (Aggressor) auf dem gestörten Objekt (Opfer) verursacht wird, wodurch der induzierte Strom (i) die gegenseitige Kapazität Cm durchläuft, während die induktive Kopplung auf die Störquelle zurückzuführen ist. Das durch die Änderung des Stroms (Is) erzeugte Magnetfeld verursacht die elektromagnetische Störung, die durch die induzierte Spannung (V) am Störobjekt durch die gegenseitige Induktivität (Lm) verursacht wird.

2. Der Effekt des Stromflusses auf Übersprechen

Übersprechen ist direktional, und seine Wellenform ist eine Funktion der Richtung des Stroms. Hier betrachten wir Signalsimulationen in zwei Fällen. Der erste Fall ist, dass die Ströme des Störquellendrahtgeflechts und des Störobjektdrahtgeflechts in der gleichen Richtung sind, und der zweite Fall ist, dass die Ströme des Störquellendrahtgeflechts und des Störobjektdrahtgeflechts in entgegengesetzten Richtungen sind (das heißt, der an Punkt B befindet ist die treibende Quelle, und der an Punkt A ist die treibende Quelle. Sowohl AB- als auch CD-Leitungsnetze werden mit 20MHz-Signalen hinzugefügt. Aus den Simulationsergebnissen ist ersichtlich, dass der Spitzenwert des Fernübersprechens (357.6mm), wenn der Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung ist, größer ist als der Spitzenwert des Fernübersprechens (260.5mm), wenn der Stromfluss in die gleiche Richtung ist. Gleichzeitig ist aus Abbildung 4 ersichtlich, dass sich bei Änderung des Stromflusses des Störers auch die Übersprecherpolarität der Störquelle ändert. Dies zeigt, dass Größe und Polarität des Übersprechens mit dem Stromfluss des Signals auf der entsprechenden Störquelle zusammenhängen. Das Fernübersprechen an Punkt D ist im Allgemeinen größer als das am Nah-Endpunkt C. Daher wird bei der Übersprechenunterstützung normalerweise das Fernübersprechen an Punkt D als Schlüsselfaktor verwendet, der bei der Untersuchung der Spitzenübersprechenspannung des Leitungsnetzes zu berücksichtigen ist.

3. Signalquellenfrequenz und Kanten-Flip-Rate

Je höher die Frequenz des Störsignals, desto größer ist die Übersprachamplitude auf dem gestörten Objekt. Wir simulierten das Übersprechen auf dem gestörten Objekt, wenn die Signalfrequenz f1 im Störnetzwerk AB in Abbildung 1 unterschiedliche Frequenzwerte nahm. Für die Übersprecherwellenformen, wenn die Signalfrequenzen unterschiedlich sind, sind die Wellenformfrequenzen, die durch die Pfeile "1" und "2" markiert sind, "500MHz" bzw. "100MHz" angezeigt werden. Aus den Simulationsergebnissen ist ersichtlich, dass die Übersprechenspannung am gestörten Objekt proportional zur Frequenz des Störquellensignals ist. Wenn die Frequenz der Störquelle größer als 100MHz ist, müssen notwendige Maßnahmen zur Unterdrückung des Übersprechens getroffen werden. Gleichzeitig ist aus Abbildung 5 auch ersichtlich, dass, wenn die Frequenz der Störquelle so groß wie 500MHz ist, offensichtlich ist, dass das Übersprechen des Nahendpunktes C des gestörten Objekts größer ist als das Übersprechen des Fernendpunktes D, was anzeigt, dass die kapazitive Kopplung die induktive Kopplung überschritten hat und der Hauptinterferenzfaktor geworden ist. In diesem Fall muss nicht nur das Fernübersprechen gut gehandhabt werden, sondern auch das Nahübersprechen, das oft übersehen wird, muss sorgfältig gehandhabt werden. Darüber hinaus wollen wir einen weiteren Faktor analysieren, der einen großen Einfluss auf Übersprechen hat, nämlich die Edge Flip Rate des Signals. Kante) hat einen größeren Einfluss auf Übersprechen, und je schneller sich die Kante ändert, desto größer ist das Übersprechen. Da Geräte mit großen Edge-Flip-Raten bei der Gestaltung moderner Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen immer häufiger verwendet werden, sollten solche Geräte, auch wenn ihre Signalfrequenzen nicht hoch sind, sorgfältig geroutet werden, um übermäßiges Übersprechen zu verhindern.

4. Der Einfluss des Linienabstandes P und der Parallellänge L der beiden Linien auf die Größe des Übersprechens

Unter der Bedingung, dass der Abstand zwischen den beiden Linien und der Parallellänge unverändert bleibt, wird das Übersprechen des störenden Objekts (markiert mit "1") erkannt; Der zweite Fall ist, den Abstand zwischen den beiden Linien auf 10mils unter der Voraussetzung zu erhöhen, dass die Parallellänge der beiden Linien unverändert bleibt. Erkennen Sie dann die Übersprechermarke "2" des gestörten Objekts; Der dritte Fall besteht darin, die Parallellänge der beiden Linien auf 2,6inch Markierung "3" unter der Bedingung zu erhöhen, dass der Abstand zwischen den beiden Linien unverändert bleibt und dann das Übersprechen des gestörten Objekts zu erkennen. Es kann aus den Simulationsergebnissen gesehen werden, dass, wenn der Abstand zwischen den beiden Linien erhöht wird (P wird von 5mils auf 10mils geändert), das Übersprechen signifikant reduziert wird, und wenn die Parallellänge der beiden Linien verlängert wird (L wird von 1,3inch auf 2,6inch geändert), das Übersprechen signifikant erhöht wird. Daraus lässt sich erkennen, dass die Größe der Übersprechenspannung umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den beiden Leitungen und proportional zur Parallellänge der beiden Leitungen ist, aber es ist nicht vollständige multiple Beziehungen. Wenn der Verdrahtungsraum klein ist oder die Verdrahtungsdichte groß ist, wenn die Verdrahtung in einer tatsächlichen Hochgeschwindigkeitsschaltung, um das Übersprechen der Hochfrequenzsignalleitungen zu den benachbarten Signalleitungen zu verhindern, was eine falsche Auslösung des Gate-Pegels verursachen kann, erlauben die Verdrahtungsressourcen unter bestimmten Bedingungen den Leitungsabstand (ausgenommen Differenzleitungen) so nah wie möglich zu öffnen und die Parallellänge von zwei oder mehr Signalleitungen sollte reduziert werden. Das spart nicht nur angespannte Verdrahtungsressourcen, sondern unterdrückt auch effektiv Übersprechen.

5. Die Wirkung der Bodenebene auf Übersprechen

Mehrschichtige Leiterplatten umfassen im Allgemeinen mehrere Signalschichten und mehrere Leistungsschichten, und mehrere Signalschichten und Leistungsschichten werden gestapelt, um Standard-Mikrostreifenübertragungsleitungen und Streifenübertragungsleitungen zu bilden. Es gibt im Allgemeinen eine Stromversorgungsebene neben der Mikrostreifenübertragungsleitung und der Streifenübertragungsleitung, und die entsprechende Signalschicht und die Stromversorgungsschicht sind mit Dielektrikum gefüllt. Die Dicke dieser dielektrischen Schicht ist ein wichtiger Faktor, der die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung beeinflusst. Wenn sie dicker wird, wird die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung größer, und wenn sie dünner wird, wird die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung kleiner. Die Dicke der dielektrischen Schicht zwischen Übertragungsleitung und Masseebene hat einen großen Einfluss auf das Übersprechen. Bei gleicher Verdrahtungsstruktur nimmt bei Verdoppelung der Dicke der dielektrischen Schicht das Übersprechen signifikant zu. Gleichzeitig ist bei gleicher Dicke der dielektrischen Schicht das Übersprechen der Bandübertragungsleitung kleiner als das der Mikrostreifenübertragungsleitung. Es zeigt sich, dass der Einfluss der Bodenebene auf die Übertragungsleitungen verschiedener Strukturen ebenfalls unterschiedlich ist. Daher kann bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenrouting die Verwendung von Streifenübertragungsleitungen eine bessere Übersprechenunterstützung erzielen als die Verwendung von Mikrostreifenübertragung.

6. Kontrolle des Übersprechens

Es ist unmöglich, Übersprechen zu beseitigen, wir können das Übersprechen nur in einem erträglichen Bereich steuern. Daher können wir beim Entwurf der Leiterplatte die folgenden Maßnahmen ergreifen: 1) Wenn der Verdrahtungsraum es zulässt, erhöhen Sie den Abstand zwischen den Leitungen; 2) Reduzieren Sie beim Zählen der Schichten den Abstand zwischen der Signalschicht und der Masseschicht unter der Bedingung, dass die Impedanzanforderungen erfüllt sind. 3) Entwerfen Sie wichtige Hochgeschwindigkeitssignale als differentielle Linienpaare, wie Hochgeschwindigkeits-Systemuhren; 4) Wenn zwei Signalschichten nebeneinander liegen, führen Sie Verdrahtung in orthogonalen Richtungen durch, um die Anzahl der Schichten zwischen den Schichten zu reduzieren. Kopplung; 5) Entwerfen Sie Hochgeschwindigkeitssignalleitungen als Streifenleitungen oder eingebettete Mikrostreifenleitungen; 6) Beim Routing reduzieren Sie die Länge der parallelen Linien und können im Jog-Modus routen; 7) Im Falle der Erfüllung der Systementwurfsanforderungen versuchen Sie, das Low-Speed-Gerät auf der Leiterplatte zu verwenden.