Tecnología de PCB - ¿¿ el diseño de PCB controla la conversación cruzada del sistema digital?

¿1. ¿ cuál es la razón de la conversación cruzada?

Cuando la señal se propaga a lo largo del cableado del pcb, sus ondas electromagnéticas también se propagan a lo largo del cableado, de un extremo del chip de circuito integrado al otro extremo de la línea. Durante la propagación, las ondas electromagnéticas generan tensión y corriente transitorias debido a la inducción electromagnética.

Las ondas electromagnéticas incluyen campos eléctricos y magnéticos que varían con el tiempo. En el pcb, de hecho, el campo electromagnético no se limita a varios cables, y una parte considerable de la energía del campo electromagnético existe fuera del cableado. Por lo tanto, si hay otras líneas cercanas, cuando la señal se propaga a lo largo del cable, su campo eléctrico y magnético pueden afectar a otras líneas. Según la ecuación de maxwell, los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo pueden causar que los conductores adyacentes produzcan voltaje y corriente. Por lo tanto, el campo electromagnético que acompaña el proceso de propagación de la señal hará que las líneas adyacentes produzcan señales, lo que dará lugar a conversaciones cruzadas.

2. características capacitivas de la conversación cruzada positiva

La conversación cruzada hacia adelante se manifiesta en dos características interrelacionadas: capacitiva y perceptiva. Cuando la señal de "intrusión" avanza, se genera una señal de voltaje con la misma fase en la "víctima". Esta señal es la misma velocidad que la señal de "invasión", pero siempre antes de la "invasión". Esto significa que la señal de conversación cruzada no se propaga por adelantado, sino que se acopla a más energía a la misma velocidad que la señal de "intrusión".

Debido a que los cambios en la señal de "intrusión" conducen a la señal de conversación cruzada, el pulso de conversación cruzada positiva no es unipolar, sino positivo y negativo. La duración del pulso es igual al tiempo de conmutación de la señal de "intrusión".

Los condensadores de acoplamiento entre los cables determinan la amplitud del pulso de conversación cruzada positiva, que está determinado por muchos factores, como el material del pcb, el tamaño geométrico, la ubicación del cruce de líneas, etc. la amplitud es proporcional a la distancia entre líneas paralelas: cuanto más larga sea la distancia, mayor será el pulso de conversación cruzada. Sin embargo, la amplitud del pulso de conversación cruzada tiene un límite superior, ya que la señal de "invasión" pierde gradualmente energía y la "víctima" a su vez se acopla de nuevo al "invasor".

Características de inducción de la conversación cruzada positiva

Cuando la señal de "invasión" se propaga, el campo magnético variable en el tiempo también produce conversaciones cruzadas: conversaciones cruzadas hacia adelante con características inductoras. Sin embargo, la conversación cruzada perceptiva y la conversación cruzada capacitiva son significativamente diferentes: la polo de la conversación cruzada perceptiva hacia adelante es opuesta a la conversación cruzada capacitiva hacia adelante. Esto se debe a que en la dirección positiva, la parte capacitiva y la parte perceptiva de la conversación cruzada están compitiendo y compensando entre sí. De hecho, cuando la conversación cruzada capacitiva positiva es igual a la conversación cruzada perceptiva, no hay conversación cruzada positiva.

En muchos dispositivos, la conversación cruzada hacia adelante es muy pequeña, y la conversación cruzada hacia atrás se convierte en un problema importante, especialmente para las placas de circuito de tiras largas, ya que el acoplamiento capacitivo se mejora. Sin embargo, sin simulación, es prácticamente imposible saber hasta qué punto la percepción y la conversación cruzada capacitiva se compensan.

Si ha medido una conversación cruzada positiva, puede determinar si el rastro está acoplado capacitivamente o inductivamente en función de su polo. Si la polaridad de la conversación cruzada es la misma que la señal de "intrusión", predominará el acoplamiento capacitivo, de lo contrario predominará el acoplamiento inductor. En las placas de pcb, el acoplamiento inductor suele ser más fuerte.

La teoría física de la conversación cruzada hacia atrás es la misma que la teoría de la conversación cruzada hacia adelante: los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo de las señales "invasoras" causan señales de percepción y condensadores en las "víctimas". Pero también hay diferencias entre los dos.

La mayor diferencia es la duración de la señal de conversación cruzada inversa. Debido a que las señales de conversación cruzada hacia adelante y "invasión" se propagan en la misma dirección y velocidad, la duración de la conversación cruzada hacia adelante es la misma que la duración de la "invasión". Sin embargo, las señales de crosstalk inverso y "invasión" se propagan en la dirección opuesta, se quedan atrás de las señales de "invasión" y provocan largos pulsos.

A diferencia de la conversación cruzada positiva, la amplitud del pulso de conversación cruzada inversa es independiente de la longitud de la línea, y su duración del pulso es el doble del tiempo de retraso de la señal de "intrusión". ¿¿ por qué? Supongamos que observa una conversación cruzada inversa desde el punto de partida de la señal. Cuando la señal de "intrusión" se aleja del punto de partida, todavía genera un pulso inverso hasta que aparece otra señal de retraso. De esta manera, toda la duración del pulso de conversación cruzada inversa es el doble del tiempo de retraso de la señal de "intrusión".

3. reflejo de la conversación cruzada inversa

Es posible que no le importe la interferencia de conversación cruzada entre el chip del conductor y el chip del receptor. ¿Sin embargo, ¿ por qué te importa el pulso hacia atrás? Debido a que el chip conductor suele ser una salida de baja resistencia, refleja más señales de conversación cruzada que las señales de conversación cruzada absorbidas. Cuando la señal de conversación cruzada inversa llega al chip de accionamiento de la "víctima", se reflejará en el chip receptor. Debido a que la resistencia de salida del chip de accionamiento suele ser inferior a la del propio cable, a menudo causa el reflejo de la señal de conversación cruzada.

A diferencia de las señales de conversación cruzada hacia adelante con dos características de inductor y capacitor, las señales de conversación cruzada hacia atrás solo tienen una polo, por lo que la conversación cruzada hacia atrás no se puede eliminar por sí misma. La polarización de la señal de conversación cruzada inversa y la señal de conversación cruzada reflejada es la misma que la señal de "intrusión", y su amplitud es la suma de estas dos partes.

Recuerde que cuando mide el pulso de conversación cruzada inversa en el extremo receptor de la "víctima", la señal de conversación cruzada ha sido reflejada por el chip de accionamiento de la "víctima". Puede observar que la polarización de la señal de conversación cruzada inversa es opuesta a la señal de "intrusión".

En el diseño digital, a menudo te preocupas por algunos indicadores cuantitativos. Por ejemplo, en cualquier caso y en qué momento se produce una conversación cruzada, ya sea hacia adelante o hacia atrás, su tolerancia máxima al ruido es de 150 mv. ¿Entonces, ¿ hay una manera simple de medir con precisión el ruido? La respuesta simple es "no", porque los efectos de campo electromagnético son demasiado complejos, involucrando una serie de ecuaciones, la estructura topológica de la placa de circuito, las características analógicas del chip, etc.

4. eliminación de comentarios

Una forma es cambiar uno o más parámetros geométricos que afectan el acoplamiento, como la longitud de la línea, la distancia entre líneas y la posición estratificada de la placa de circuito. Otra forma es utilizar terminales para cambiar una sola línea a una línea de acoplamiento multicanal. A través de un diseño razonable, los terminales multilínea pueden eliminar la mayoría de las conversaciones cruzadas.

5. longitud de la línea

Muchos diseñadores creen que acortar la longitud de la línea es la clave para reducir las conversaciones cruzadas. De hecho, casi todo el software de diseño de circuitos ofrece la función de control de longitud máxima de línea paralela. Desafortunadamente, es difícil reducir las conversaciones cruzadas solo cambiando los valores geométricos.

Debido a que la conversación cruzada positiva se ve afectada por la longitud de acoplamiento, cuando se acorta la longitud de las líneas sin relación de acoplamiento, la conversación cruzada apenas se reduce. Además, si la longitud del acoplamiento supera el retraso en el tiempo de descenso o ascenso del chip del conductor, la relación lineal entre la longitud del acoplamiento y la conversación cruzada hacia adelante alcanzará el valor de saturación. En este momento, acortar la ya larga línea de acoplamiento tiene poco impacto en la reducción de comentarios cruzados.

6. dificultad de aislamiento

No es fácil aumentar la distancia entre las líneas de acoplamiento. Si el cableado es muy denso, se debe gastar mucha energía para reducir la densidad del cableado. Si le preocupa la interferencia de conversación cruzada, puede agregar una o dos capas de aislamiento. Si tienes que ampliar la distancia entre líneas o redes, es mejor que tengas un software fácil de operar. El ancho y el grosor del circuito también pueden afectar la interferencia de conversación cruzada, pero su impacto es mucho menor que el factor de distancia del circuito. Por lo tanto, estos dos parámetros suelen ajustarse poco.

El espesor del material dieléctrico afecta la interferencia de conversación cruzada en una gran longitud. Por lo general, acercar la capa de cableado a la capa de Potencia (vcc o tierra) puede reducir la interferencia de conversación cruzada. El valor exacto de la mejora del efecto debe determinarse mediante simulación.

7. factores de estratificación

Algunos diseñadores de PCB todavía no prestan atención al método de estratificación, que es un error importante en el diseño de circuitos de alta velocidad. La estratificación no solo afectará el rendimiento de la línea de transmisión, como la resistencia, el retraso y el acoplamiento, sino que también el funcionamiento del circuito es propenso a fallas e incluso cambios. Por ejemplo, es imposible reducir la interferencia de conversación cruzada reduciendo el espesor dieléctrico de 5 mil, aunque esto se puede hacer en términos de costos y procesos.

8. armas letales

Desafortunadamente, tales terminales son caras y no se pueden lograr de manera ideal, ya que la resistencia de acoplamiento entre algunas líneas de transmisión es demasiado pequeña, lo que provocará que una gran corriente fluya hacia el chip del conductor. La resistencia entre la línea de transmisión y el suelo no puede ser demasiado grande para conducir el chip. Si hay estos problemas y planea usar este tipo de terminales, intente agregar algunos condensadores de acoplamiento AC.

A pesar de algunas dificultades en la implementación, los terminales de matriz de resistencia siguen siendo un arma letal para procesar la reflexión de señales y la conversación cruzada, especialmente en malas condiciones. En otros entornos puede o no funcionar, pero sigue siendo el método recomendado.