Blog de PCB - Investigación sobre el análisis y control de la conversación cruzada en el diseño de PCB de alta velocidad

En el rápido desarrollo de hoy PCB Board Campo de diseño, La alta velocidad y la miniaturización se han convertido en una tendencia. Cómo mantener y mejorar la velocidad y el rendimiento del sistema y reducir el tamaño del sistema electrónico se ha convertido en un problema importante para los diseñadores.. La tecnología EDA ha desarrollado un conjunto completo de herramientas y métodos de análisis de diseño para PCB de alta velocidad y sistemas a nivel de tablero., Estas técnicas abarcan todos los aspectos del diseño y análisis de circuitos de alta velocidad: análisis de series temporales estáticas, Análisis de la integridad de la señal, Interferencia electromagnética/Diseño de compatibilidad electromagnética, Análisis de rebote en tierra, Análisis de potencia, Router de alta velocidad. Al mismo tiempo, También incluye la verificación de la integridad de la señal y la firma, Detección del espacio de diseño, Planificación de la interconexión, Síntesis de interconexiones sujetas a normas eléctricas, Los métodos técnicos propuestos, como el sistema, también ofrecen la posibilidad de resolver el problema de la integridad de la señal de manera eficiente y mejor.. Aquí está., Discutiremos el método de análisis y control de la conversación cruzada de la señal en el problema de la integridad de la señal..

1. Mecanismo de generación de señales de conversación cruzada

Crosstalk significa que cuando la señal se carga en el canal de transmisión, tiene un efecto indeseable en la línea de transmisión adyacente debido al acoplamiento electromagnético, e inyecta un cierto voltaje de acoplamiento y corriente de acoplamiento en la señal interferida. Demasiado crosstalk puede causar que el circuito se active incorrectamente y hacer que el sistema no funcione correctamente. En el circuito mostrado en la figura 1, la puerta entre AB se llama línea de ataque, y la puerta entre CD se llama línea de daño. Mientras el atacante cambie de Estado, podemos observar la conversación cruzada de pulso de la víctima. La transmisión de la señal en el canal de transmisión producirá dos tipos diferentes de señales de ruido en las líneas de transmisión adyacentes: señales acopladas capacitivamente y señales acopladas inductivamente. El acoplamiento capacitivo es la interferencia electromagnética causada por el cambio de tensión (VS) en la fuente de interferencia (agresor) en el objeto perturbado (víctima), lo que conduce a la corriente inducida (I) a través de la Capacitancia mutua cm, mientras que el acoplamiento inductivo es causado por la fuente de interferencia. El campo magnético causado por la variación de la corriente (IS) Causa interferencia electromagnética causada por la tensión inducida (V) en el objeto perturbador a través de la Inductancia mutua (LM).

2. Influencia de la corriente en la conversación cruzada

La conversación cruzada es direccional y su forma de onda es una función de la dirección actual. Aquí vemos la simulación de señales en ambos casos. En el primer caso, la dirección actual de la malla de alambre de la fuente de interferencia y la malla de alambre del objeto de interferencia es la misma. En el segundo caso, la dirección actual de la malla de alambre de la fuente de interferencia es opuesta a la de la malla de alambre del objeto interferido (es decir, una en el punto B es la fuente de conducción y la otra en el punto a es la fuente de conducción. El punto es la carga). Tanto la red de líneas AB como la red de líneas CD han añadido señales de 20mhz. Los resultados de la simulación muestran que cuando la dirección de la corriente es opuesta, el valor máximo de la conversación cruzada distal (357,6 mm) es mayor que cuando la dirección de la corriente es la misma, el valor máximo de la conversación cruzada distal (260,5 mm). Al mismo tiempo, de la figura 4 se puede ver que cuando la corriente de la fuente de interferencia cambia, la polaridad de conversación cruzada de la fuente de interferencia también cambia. Esto indica que la amplitud y Polaridad de la conversación cruzada están relacionadas con la corriente de señal en la fuente de interferencia correspondiente. El crosstalk remoto en el punto d es generalmente mayor que el crosstalk cercano al punto c. por lo tanto, en la supresión de crosstalk, el crosstalk remoto en el punto d se utiliza generalmente como un factor clave para comprobar el voltaje máximo de crosstalk de la red de línea.

3. Frecuencia de la fuente de señal y velocidad de giro del borde

Cuanto mayor es la frecuencia de la señal de interferencia, mayor es la amplitud de la conversación cruzada en el objeto perturbado. SIMULAMOS la conversación cruzada en el objeto perturbado cuando la frecuencia de señal F1 en la red de interferencia AB en la figura 1 toma diferentes valores de frecuencia, respectivamente. Para las formas de onda de conversación cruzada con diferentes frecuencias de señal, las frecuencias de onda indicadas por las flechas marcadas "1" y "2" son "500mhz" y "100mhz", respectivamente. Los resultados de la simulación muestran que el voltaje de conversación cruzada en el objeto perturbado es proporcional a la frecuencia de la señal de la fuente de interferencia. Cuando la frecuencia de la fuente de interferencia sea superior a 100 MHz, deben adoptarse las medidas necesarias para suprimir la conversación cruzada. Al mismo tiempo, de la figura 5 también se puede ver que cuando la frecuencia de la fuente de interferencia es de hasta 500 MHz, es evidente que la conversación cruzada del objeto perturbado cerca del punto final C es mayor que la del punto final D, lo que indica que el acoplamiento capacitivo ha superado el acoplamiento inductivo y se ha convertido en el principal factor de interferencia. En este caso, no sólo se deben tratar las conversaciones cruzadas remotas, sino también las conversaciones cruzadas cercanas, que a menudo se pasan por alto. Además, analicemos otro factor que tiene una gran influencia en la conversación cruzada, a saber, la velocidad de giro del borde de la señal. Edge) tiene un mayor impacto en crosstalk, cuanto más rápido cambia el borde, mayor es crosstalk. Debido a que los dispositivos con gran velocidad de giro de borde se utilizan cada vez más ampliamente en el diseño de circuitos digitales modernos de alta velocidad, incluso si la frecuencia de la señal de estos dispositivos no es alta, debe ser cuidadosamente enrutada para evitar la generación de comentarios cruzados excesivos.

4. La influencia del espacio de línea P y la longitud paralela L en la conversación cruzada

Cuando la distancia entre las dos líneas y la longitud paralela no cambien, se detectará la conversación cruzada del objeto (marcado con "1"); El segundo caso es aumentar la distancia entre las dos líneas a 10 mils, siempre que la longitud paralela de las dos líneas no cambie. A continuación, se detecta la etiqueta de conversación cruzada "2" del objeto perturbado; En el tercer caso, la longitud paralela de las dos líneas se aumenta a 2,6 pulgadas de la marca "3" cuando la distancia entre las dos líneas no cambia, y luego se detecta la conversación cruzada del objeto perturbado. Los resultados de la simulación muestran que cuando la distancia entre las dos líneas aumenta (P de 5 mils a 10 mils), la conversación cruzada disminuye significativamente, y cuando la longitud paralela de las dos líneas se amplía (L de 1,3 a 2,6 pulgadas), la conversación cruzada aumenta significativamente. Se puede ver que la amplitud del voltaje de conversación cruzada es inversamente proporcional a la distancia entre las dos líneas, y es proporcional a la longitud paralela de las dos líneas, pero no es completamente múltiple. Cuando el espacio de enrutamiento es pequeño o la densidad de enrutamiento es grande, cuando el enrutamiento se realiza en un circuito de alta velocidad real, con el fin de evitar la conversación cruzada entre la línea de señal de alta frecuencia y la línea de señal adyacente, esto puede conducir a la activación errónea del nivel de la puerta, Los recursos de enrutamiento están permitidos bajo ciertas condiciones. El espaciamiento de las líneas (distintas de las líneas diferenciales) se abrirá lo más cerca posible y se reducirá la longitud paralela de dos o más líneas de señal. Esto no sólo puede ahorrar recursos de cableado, sino también suprimir eficazmente la conversación cruzada.

5. Influencia del horizonte en la conversación cruzada

Los PCB multicapa suelen incluir varias capas de señal y varias capas de potencia, y las capas de señal y las capas de potencia se apilan para formar líneas de transmisión estándar de MICROSTRIP y bandas. Normalmente hay un plano de potencia cerca de la línea de transmisión MICROSTRIP y la línea de transmisión de banda, y la capa de señal correspondiente y la capa de potencia están llenas de dieléctrico. El espesor de la capa dieléctrica es un factor importante que afecta la impedancia característica de la línea de transmisión. Cuando se vuelve más gruesa, la impedancia característica de la línea de transmisión se hace más grande, y cuando se hace más delgada, la impedancia característica de la línea de transmisión se hace más pequeña. El espesor de la capa dieléctrica entre la línea de transmisión y el estrato de puesta a tierra tiene una gran influencia en la conversación cruzada. Para la misma estructura de cableado, la conversación cruzada aumenta significativamente cuando el espesor de la capa dieléctrica se duplica. Mientras tanto, para el mismo espesor de la capa dieléctrica, la conversación cruzada de la línea de transmisión de banda es menor que la de la línea de transmisión MICROSTRIP. Se puede ver que la influencia del horizonte en las líneas de transmisión con diferentes estructuras es diferente. Por lo tanto, en el cableado de PCB de alta velocidad, el uso de la línea de transmisión de banda puede lograr una mejor supresión de comentarios cruzados que el uso de la transmisión de MICROSTRIP.

6. Control de comentarios cruzados

Es imposible eliminar comentarios cruzados, Sólo podemos mantener la conversación cruzada dentro de límites tolerables. Por consiguiente,, we can take the following measures when designing the PCB: 1) If the wiring space allows, increase the distance between the lines; 2) When counting the layers, Acortar la distancia entre la capa de señal y la capa de puesta a tierra cuando se cumplan los requisitos de impedancia. 3) Design key high-speed signals as differential line pairs, such as high-speed system clocks; 4) If two signal layers are adjacent, Enrutamiento en direcciones ortogonales para reducir el número de capas entre capas. Coupling; 5) Design high-speed signal lines as strip lines or embedded microstrip lines; 6) When routing, Reducir la longitud de las líneas paralelas, and can route in jog mode; 7) In the case of meeting system design requirements, Trate de utilizar un dispositivo de baja velocidad en PCB Board.