Noticias de PCB - Método de medición de conversación cruzada en el dominio del tiempo de PCB

El método de medición de crosstalk en el dominio del tiempo para la verificación de la calidad de los pcb, el método de medición de crosstalk en el dominio del tiempo para la verificación de la calidad de los pcb, analiza la composición de crosstalk en este artículo y muestra al lector cómo medir crosstalk en un solo lado de los PCB utilizando un Monitor de muestreo de la serie tektronix às tds8000b o un analizador de señal de comunicación de la serie csa8000b. A medida que los sistemas digitales se desarrollan cada vez más rápido en los campos de la comunicación, el video, las redes y la tecnología informática, los requisitos de calidad para las placas de circuito impreso también son cada vez más altos. Frente al aumento de la frecuencia de la señal y la reducción del tiempo de aumento del pulso, el diseño temprano de PCB no pudo garantizar el rendimiento del sistema y los requisitos de trabajo. En el diseño actual de los pcb, necesitamos usar la teoría de la línea de transmisión para modelar los PCB y sus componentes (conectores de borde, líneas de MICROSTRIP y enchufes de componentes). Solo comprendiendo completamente la forma, el mecanismo y las consecuencias de la conversación cruzada de PCB y utilizando las tecnologías correspondientes para minimizar la conversación cruzada, podemos ayudarnos a mejorar la fiabilidad del sistema, incluidos los pcb. Este artículo se centra principalmente en el diseño de pcb, pero creo que lo discutido en este artículo también ayudará a otras aplicaciones, como la caracterización de cables y conectores.

Posibles consecuencias de la conversación cruzada

Los diseñadores de PCB están preocupados por las conversaciones cruzadas porque las conversaciones cruzadas pueden causar los siguientes problemas de rendimiento:

> el nivel de ruido aumenta,

> burras dañinas,

> temblor de borde de datos,

> reflejo inesperado de la señal.

Cualquiera de estos problemas afecta el diseño del PCB dependiendo de muchos factores, como las características del circuito lógico utilizado en la placa, el diseño de la placa, el modo de conversación cruzada (inversa o positiva), la línea de interferencia y las condiciones de terminación a ambos lados de la línea de interferencia. La información proporcionada a continuación puede ayudar a los lectores a profundizar su comprensión y investigación de las conversaciones cruzadas, reduciendo así el impacto de las conversaciones cruzadas en el diseño.

Estudiar métodos de conversación cruzada

Para minimizar las conversaciones cruzadas en el diseño de los pcb, debemos encontrar un equilibrio entre la resistencia capacitiva y la resistencia inductiva y esforzarnos por alcanzar la resistencia nominal, ya que la manufacturabilidad de los PCB requiere un buen control de la resistencia de la línea de transmisión. Después de la finalización del diseño de la placa de circuito, los componentes, conectores y métodos de terminación en la placa determinan qué tipo de conversación cruzada tendrá un gran impacto en el rendimiento del circuito. Utilizando el método de medición del dominio del tiempo, al calcular la frecuencia del punto de inflexión y comprender el modelo de crosstalk on pcb, se puede ayudar al diseñador a establecer el rango de límites del análisis de crosstalk.

Método de medición del dominio del tiempo

Para medir y analizar la conversación cruzada, se puede utilizar la tecnología de dominio de frecuencia para observar la relación entre el componente armónicos del reloj en el espectro y el EMI máximo bajo estas frecuencias armónicas. Sin embargo, la medición del dominio del tiempo en el borde de la señal digital (el tiempo necesario para subir del 10% al 90% del nivel de la señal) también es un medio para medir y analizar la conversación cruzada, y la medición del dominio del tiempo tiene las siguientes ventajas: la velocidad de cambio del borde de la señal digital o el tiempo de subida reflejan directamente la altura de cada componente de frecuencia en la señal. por lo tanto, La velocidad de la señal definida por el borde de la señal (es decir, el tiempo de subida) también ayuda a revelar el mecanismo de conversación cruzada. El tiempo de subida se puede utilizar directamente para calcular la frecuencia del punto de inflexión. En este artículo se utilizará el método de medición del tiempo de subida para interpretar y medir la conversación cruzada.

Frecuencia del punto de inflexión

Para garantizar que el sistema digital funcione de manera confiable, los diseñadores deben estudiar y verificar el rendimiento del diseño del circuito por debajo de la frecuencia del punto de inflexión. El análisis de dominio de frecuencia de las señales digitales indica que las señales por encima de la frecuencia del punto de inflexión se atenuarán, por lo que no tendrán un impacto sustancial en las conversaciones cruzadas, mientras que las señales por debajo de la frecuencia del punto de inflexión contienen energía suficiente para afectar el funcionamiento del circuito. La frecuencia del punto de inflexión se calcula mediante la siguiente fórmula:

F rodilla = 0,5 / tercio

Modelo de conversación cruzada de PCB

El modelo dado en esta sección proporciona una plataforma para estudiar las diferentes formas de conversación cruzada y aclara cómo la resistencia mutua entre las dos líneas de MICROSTRIP conduce a la conversación cruzada en la placa de pcb.

La resistencia mutua se distribuye uniformemente a lo largo de las dos trazas. Cuando el circuito de puerta digital envía un borde ascendente a la línea de conversación cruzada, se produce una conversación cruzada, que se propaga a lo largo de la pista:

1. tanto el capacitor mutuo cm como la inducción mutua LM acoplan el voltaje o "hablan cruzadamente" a las líneas adyacentes interferidas.

2. el voltaje de conversación cruzada aparece en la línea perturbada en forma de pulso estrecho, cuyo ancho es igual al tiempo de subida del pulso en la línea de interferencia.

3. en la línea perturbada, el pulso de conversación cruzada se divide en dos y luego comienza a propagarse en dos direcciones opuestas. Esto divide la conversación cruzada en dos partes: la conversación cruzada positiva que se propaga en la dirección de propagación del pulso de interferencia original y la conversación cruzada inversa que se propaga en la dirección opuesta a la fuente de señal.

Tipo de conversación cruzada y mecanismo de acoplamiento

De acuerdo con el modelo discutido anteriormente, a continuación se introducirá el mecanismo de acoplamiento de las conversaciones cruzadas y se discutirán los dos tipos de conversaciones cruzadas hacia adelante y hacia atrás.

Mecanismo de acoplamiento capacitivo

Mecanismos de interferencia causados por condensadores mutuos en circuitos:

> cuando el pulso de la línea de interferencia llega al capacitor, un pulso estrecho se acoplará a la línea de interferencia a través del capacitor.

La amplitud del pulso de acoplamiento está determinada por el tamaño de la capacidad mutua.

> luego, el pulso de acoplamiento se divide en dos y comienza a propagarse en dos direcciones opuestas a lo largo de la línea interferida.

Mecanismo de acoplamiento de inductores o transformadores

La inducción mutua en el circuito causará las siguientes interferencias:

> los pulsos que se propagan en la línea de interferencia se cargarán en la siguiente posición donde aparezca el pico de corriente.

> Este pico de corriente produce un campo magnético y luego induce un pico de corriente en la línea perturbada.

> el transformador producirá dos picos de voltaje con polos opuestos en la línea perturbada: el pico negativo se propaga hacia adelante y el pico positivo se propaga hacia atrás.

Conversación inversa

El voltaje de conversación cruzada acoplado capacitivo e inductor causado por el modelo anterior producirá un efecto de suma en la posición de conversación cruzada de la línea interferida. La conversación cruzada inversa resultante incluye las siguientes características:

> la conversación cruzada inversa es la suma de dos pulsos con la misma polaridad.

Debido a que la posición de conversación cruzada se propaga a lo largo del borde del pulso de interferencia, la interferencia inversa aparece en forma de señal de pulso bajo y ancho en el extremo de la fuente de la línea interferida, y hay una relación correspondiente entre su ancho y la longitud del rastro.

> la magnitud de la conversación cruzada reflejada no tiene nada que ver con el tiempo de aumento del pulso de la línea de interferencia, pero depende del valor de la resistencia mutua.

Comentarios positivos

Cabe reiterar que el voltaje de conversación cruzada acoplado capacitivo e inductor se acumulará en la posición de conversación cruzada de la línea interferida. La conversación cruzada hacia adelante incluye las siguientes características:

> la conversación cruzada positiva es la suma de dos impulsos polares inversos. Debido a la naturaleza polar opuesta, el resultado depende de los valores relativos de los condensadores e inductores.

> la conversación cruzada hacia adelante aparece en forma de pico estrecho al final de la línea perturbada, y su ancho es igual al tiempo de subida del pulso de interferencia.

> la conversación cruzada hacia adelante depende del tiempo de subida del pulso de interferencia. Cuanto más rápido sea el borde ascendente, mayor será la amplitud y más estrecho será el ancho.

La magnitud de la conversación cruzada hacia adelante también depende de la longitud del par: a medida que la posición de la conversación cruzada se propaga a lo largo del borde del pulso de interferencia, el pulso de conversación cruzada hacia adelante en la línea interferida obtendrá más energía.

Caracterización de la conversación cruzada

Esta sección utilizará varios ejemplos de medición de PCB de una sola capa para estudiar el mecanismo de generación de conversaciones cruzadas y varios tipos de conversaciones cruzadas descritos anteriormente.

Nota: para familiarizarse con los problemas y consecuencias de las conversaciones cruzadas en los PCB multicapa y sus planos de tierra, lea las referencias u otros recursos al final de este artículo.

Instrumentos y configuración

Para medir eficazmente la conversación cruzada en el laboratorio, se debe utilizar un osciloscopio de banda ancha con un ancho de banda de medición de 20 GHz y un generador de pulsos de alta calidad para producir pulsos con un tiempo de subida igual al tiempo de subida del osciloscopio para conducir el circuito medido. Al mismo tiempo, los cables de alta calidad, las resistencias de terminación y los adaptadores se utilizan para conectar los PCB probados.

El módulo de muestreo electrónico 80e04 está instalado en el instrumento de la serie tektronix 8000b y es una combinación ideal de instrumentos para medir con éxito la conversación cruzada. El 80e04 es un módulo de muestreo de dos canales que incluye un generador de voltaje de paso TDR que puede generar un pulso estrecho de 250mv con un tiempo de subida de 17 ps y salir con una resistencia de fuente de 50 ohm. El probador solo necesita conectar el PCB a probar.

Medición de conversación cruzada hacia adelante

Si solo se mide la conversación cruzada positiva, es necesario terminar todos los rastros para eliminar el reflejo. La conversación cruzada positiva debe medirse al final de un cable perturbado bien terminado.

Si la inducción mutua es mayor que la conversación cruzada acoplada por el capacitivo mutuo, entonces el pulso de conversación cruzada debe ser negativo en el borde ascendente del pulso de interferencia, y el ancho es igual al tiempo de disminución del pulso de interferencia. El instrumento de la imagen muestra un pulso negativo (c4) con una amplitud de 48,45 mv. el pulso de interferencia es de 250 MV y la amplitud de conversación cruzada es cercana a 50 mv, por lo que el borde rápido del pulso de interferencia genera un 20% de conversación cruzada en la línea interferida.

Debido a que el voltaje de paso de entrada del 80e04 tiene un borde muy rápido durante el proceso de medición, la conversación cruzada obtenida es demasiado grande y no puede representar la señal de conducción en el circuito lógico real. Por ejemplo, si la señal de accionamiento proviene de una puerta CMOS de 1,5 ns, el pulso de conversación cruzada generado es más ancho y tiene una amplitud más pequeña. Para que la medición refleje esta situación, puede usar la función define Math del instrumento para agregar un filtro de paso bajo después de capturar la señal. La forma de onda M1 (blanca) en la figura 7 da los resultados de la medición filtrada. Hay que tener en cuenta que la sensibilidad del M1 en la dirección vertical es 10 veces mayor que la de la forma de onda no filtrada.

Aunque el análisis matemático ha demostrado que el efecto de filtrado de paso bajo después de la captura de la señal es el mismo que el efecto de filtrado físico del pulso de interferencia conectado a la línea, los siguientes pasos son más convincentes:

> medir la conversación cruzada causada por dos bordes ascendentes rápidos y lentos y pulsos de interferencia de la misma amplitud,

> luego, a través de un filtro de paso bajo, la conversación cruzada causada por el pulso de interferencia del borde ascendente rápido se cambia a la conversación cruzada causada por el pulso de interferencia del borde ascendente lento, y finalmente se verifican los resultados.

> la forma de onda $r2 es un pulso de interferencia de borde lento, mientras que la forma de onda Roja (r3) es una conversación cruzada causada por él.

> la forma de onda verde es un pulso TDR de borde rápido (r1), mientras que la forma de onda blanca (r4) es una conversación cruzada causada por él.

> la forma de onda azul es una forma de onda obtenida ralentizando el borde ascendente del pulso después de filtrar la forma de onda blanca, y representa el resultado del filtrado posterior a la conversación cruzada. Las formas de onda de conversación cruzada Roja y azul mostradas en la imagen se muestran en la misma escala de voltaje.

Cuando se mide una sola vez la conversación cruzada inversa, es necesario terminar la línea de interferencia y la línea interferida con una resistencia de 50 ohms para eliminar la reflexión. Las mediciones deben hacerse en el extremo izquierdo de la línea perturbada. La amplitud del pulso reflejado es muy baja y el ancho es el doble de la longitud de la línea, ya que las conversaciones cruzadas al final del rastro deben transmitirse de nuevo al extremo de origen del rastro. ¿En la medición de la conversación cruzada inversa, la conversación cruzada producida por el pulso de interferencia de borde rápido es aproximadamente ¿ 2? Mv, equivalente al 4% de la amplitud del pulso de interferencia. La magnitud de la conversación cruzada inversa no tiene nada que ver con el tiempo de subida del pulso de interferencia. Las dos siguientes formas de onda son las conversaciones cruzadas generadas por pulsos de borde lento después del filtrado y las conversaciones cruzadas generadas por pulsos de borde rápido. Ambas tienen una amplitud de 6,5 mv. la diferencia entre la longitud del rastro y el tiempo de subida del pulso de interferencia hace que la amplitud de conversación cruzada inversa producida por el pulso de borde lento sea menor.

Debido a que el tiempo de subida del pulso de interferencia es más largo que la longitud de la línea del rastro en este momento, cuando el pulso se transmite de vuelta al extremo fuente del rastro a lo largo de la dirección del rastro, el borde del pulso aún no ha alcanzado el pico de amplitud. La figura 11 muestra los resultados de la medición de conversación cruzada obtenidos cuando la salida del generador de tiempo de subida de 200 ps (dg2040) y del generador de 17 ps del módulo de muestreo 80e04 se utiliza como pulso de interferencia. Las tres formas de onda de conversación cruzada mostradas en la imagen utilizan una escala de voltaje de 5mv / div.

Entre ellos, la forma de onda blanca es el resultado de una conversación cruzada generada por un pulso de interferencia con un tiempo de subida de 17 ps después del filtrado (filtro trasero) a un tiempo de subida de 200 ps. estas mediciones han confirmado que el tiempo de subida del pulso de interferencia no afectará a la conversación cruzada inversa a menos que El tiempo de subida del pulso de interferencia supere la longitud del rastro. Además, si el tiempo de subida del pulso de interferencia excede la longitud del rastro, se produce una menor amplitud de conversación cruzada inversa, ya que en este caso, el borde del pulso no puede alcanzar el pico incluso después de que el borde del pulso pase por todo el rastro.