Dati PCB - Metodo di misurazione incrociata per la verifica della qualità della scheda PCB

Con la sempre maggiore velocità di funzionamento dei sistemi digitali nei settori delle comunicazioni, video, reti e tecnologie informatiche, le esigenze di qualità circuiti stampati in tali sistemi sono anche in aumento. Il primo Scheda PCB Il progettazione non è stato in grado di garantire le prestazioni del sistema e i requisiti di funzionamento di fronte all'aumento della frequenza del segnale e all'accorciamento del tempo di aumento dell'impulso. In corrente Scheda PCB progettazione, dobbiamo usare la teoria della linea di trasmissione per modellare la Scheda PCB and its components (edge connettori, linee microtrip, and component sockets). Solo comprendendo pienamente le forme, meccanismi e conseguenze del crosstalk sul PCB, e utilizzando tecnologie corrispondenti per sopprimerlo, Possiamo aiutarci a migliorare l'affidabilità del sistema compreso il PCB. Questo articolo si concentra su Scheda PCB progettazione, ma si ritiene che il contenuto discusso in questo articolo sarà utile anche in altre applicazioni come la caratterizzazione di cavi e connettori. I progettisti di PCB sono preoccupati del fenomeno del crosstalk perché può causare problemi di prestazioni come l'aumento dei livelli di rumore, picchi indesiderati, jitter sui bordi dei dati, e riflessi inaspettati del segnale. Quali di questi problemi influenzeranno il progettazione del PCB dipende da molti fattori, quali le caratteristiche dei circuiti logici utilizzati sulla scheda, la progettazione della scheda, the mode of crosstalk (reverse or forward), e la linea di interferenza e l'interferenza. Terminazione su entrambi i lati del filo. Le informazioni fornite di seguito possono aiutare i lettori a migliorare la loro comprensione e ricerca sul crosstalk, riducendo così l'impatto del crosstalk sui disegni.

Methods of studying crosstalk
In order to minimize crosstalk in Scheda PCB design, Dobbiamo trovare un equilibrio tra reattività capacitiva e induttiva, e sforzarsi di raggiungere il valore nominale di impedenza, perché la fabbricabilità del Scheda PCB richiede che l'impedenza della linea di trasmissione sia ben controllata. Dopo che la progettazione di un circuito stampato è completa, i componenti, connectors, e terminazioni sulla scheda determinano l'impatto che il tipo di crosstalk ha sulle prestazioni del circuito. Utilizzo delle misurazioni del dominio temporale, calcolando la frequenza degli angoli e comprendendo la Scheda PCB crosstalk (Crosstalk-on-Scheda PCB) model, può aiutare i progettisti a stabilire i confini dell'analisi crosstalk.

Time Domain Measurement Methods
To measure and analyze crosstalk, Le tecniche di dominio di frequenza possono essere utilizzate per osservare la relazione tra le componenti armoniche dell'orologio nello spettro di frequenza e i valori EMI a tali frequenze armoniche. Tuttavia, the time domain measurement of digital signal edges (the time it takes to rise from 10% to 90% of the signal level) is also a means of measuring and analyzing crosstalk, La misurazione del dominio temporale e temporale presenta i seguenti vantaggi: Velocità, o tempo di aumento, è un'indicazione diretta dell'altezza di ogni componente di frequenza nel segnale. Pertanto, the signal speed (ie, rise time) defined by the signal edges can also help reveal the mechanism of crosstalk. Il tempo di salita può essere utilizzato direttamente per calcolare la frequenza d'angolo. Questo articolo descriverà e misurerà il crosstalk utilizzando il metodo di misurazione del tempo di salita.

Knee frequency
To ensure reliable operation of a digital system, il progettista deve studiare e verificare le prestazioni del circuito di progettazione al di sotto della frequenza d'angolo. L'analisi del dominio di frequenza dei segnali digitali mostra che i segnali sopra la frequenza del ginocchio sono attenuati in modo da non avere un effetto sostanziale sul crosstalk, mentre i segnali sotto la frequenza del ginocchio contengono abbastanza energia per influenzare il funzionamento del circuito. La frequenza del ginocchio è calcolata da: fknee = 0.5/trise

Scheda PCB crosstalk model
The models presented in this section provide a platform for the study of different forms of crosstalk and illustrate how the mutual impedance between two microstrip lines can cause crosstalk on a PCB. L'impedenza reciproca è distribuita uniformemente lungo le due tracce. Crosstalk occurs when the digital gate hits a rising edge to the crosstalk line and propagates along the trace:
1) Both the mutual capacitance Cm and the mutual inductance Lm will couple or "crosstalk" a voltage to the adjacent disturbed line.
2) The crosstalk voltage appears on the disturbed line in the form of a narrow pulse whose width is equal to the rise time of the pulse on the disturbing line.
3) On the disturbed line, l'impulso crosstalk è diviso in due e poi inizia a propagarsi in due direzioni opposte. Questo divide il crosstalk in due parti: crosstalk in avanti che si propaga nella direzione di propagazione dell'impulso interferente originale e crosstalk inverso che si propaga nella direzione opposta alla sorgente del segnale.

Types of Crosstalk and Coupling Mechanisms
Based on the model discussed earlier, il meccanismo di accoppiamento del crosstalk è descritto di seguito e i due tipi di crosstalk, avanti e indietro, sono discussi.
Interference mechanism caused by mutual capacitance in the circuit:
When the pulse on the disturbing line reaches the capacitor, un impulso stretto sarà accoppiato alla linea disturbata attraverso il condensatore. L'ampiezza dell'impulso accoppiato è determinata dalla grandezza della capacità reciproca. L'impulso accoppiato poi si divide in due e inizia a propagarsi in due direzioni opposte lungo la linea disturbata.

Inductive or Transformer Coupling Mechanisms
Mutual inductance in a circuit can cause disturbances such that a pulse propagating on the disturbance wire will charge the next location where the current spike is present. Questo picco di corrente genera un campo magnetico, che poi induce un picco di corrente sul filo disturbato. Il trasformatore produce due picchi di tensione di polarità opposta sulla linea disturbata: il picco negativo si propaga in avanti, e il picco positivo si propaga all'indietro.

reverse crosstalk
The capacitively and inductively coupled crosstalk voltages caused by the above model have an additive effect at the crosstalk location of the disturbed wire. Il crosstalk inverso risultante ha le seguenti caratteristiche: Il crosstalk inverso è la somma di due impulsi della stessa polarità. Poiché la posizione crosstalk si propaga con il bordo dell'impulso di interferenza, l'interferenza inversa appare come un basso livello, Ampio segnale di impulso all'estremità della sorgente della linea interferente, e la sua larghezza corrisponde alla lunghezza della traccia. La magnitudine riflessa della crosstalk è indipendente dal tempo di aumento dell'impulso della linea interferente, ma dipende dal valore di impedenza reciproca.

forward crosstalk
To reiterate, Le tensioni incrociate accoppiate capacitivamente e induttivamente si accumulano nella posizione crosstalk della linea vittima. Il crosstalk in avanti include alcune delle seguenti caratteristiche: Il crosstalk in avanti è la somma di due impulsi di polarità inversa. Perché le polarità sono invertite, i risultati dipendono dai valori relativi di capacità e induttanza. Il crosstalk in avanti appare alla fine della linea della vittima come un picco stretto con una larghezza pari al tempo di salita dell'impulso dell'aggressore. Il crosstalk in avanti dipende dal tempo di aumento dell'impulso interferente. Più veloce è il bordo in salita, Maggiore è l'ampiezza e minore è la larghezza. La grandezza del crosstalk in avanti dipende anche dalla lunghezza della coppia: mentre la posizione crosstalk si propaga lungo il bordo dell'impulso dell'aggressore, L'impulso trasversale in avanti sul filo della vittima guadagnerà più energia.

Instruments and Setup
To effectively measure crosstalk in the laboratory, utilizzare un oscilloscopio a banda larga con una larghezza di banda di misura di 20 GHz, e il circuito in prova deve essere guidato da un generatore di impulsi di alta qualità che emette un impulso con un tempo di salita pari al tempo di salita dell'oscilloscopio. Allo stesso tempo, cavi di alta qualità, Resistenze di terminazione e adattatori sono utilizzati per collegare il PCB in prova. Generatore di tensione passo TDR in grado di generare impulsi stretti di 250mv con un tempo di salita di 17ps e uscita con un'impedenza di sorgente di 50 ohm. Il tester deve solo collegare il PCB per essere testato.

Forward Crosstalk Measurement
If only measuring forward crosstalk, terminare tutte le tracce per eliminare i riflessi. Il crosstalk in avanti deve essere misurato alla fine di un cavo della vittima ben terminato. La configurazione dello strumento è mostrata nella Figura 6.

The effect of circuit design on crosstalk
Although crosstalk can be reduced and its effects attenuated or eliminated through careful Scheda PCB design, potrebbe esserci ancora qualche crosstalk residuo sulla tavola. Pertanto, durante la progettazione del circuito, deve essere utilizzato anche un carico di fine linea adeguato, perché il carico dell'estremità della linea influenzerà l'ampiezza del crosstalk e il grado di indebolimento del crosstalk nel tempo. Come i carichi di fine linea alla fine di una traccia e all'uscita di un gate logico attenuano il crosstalk e ne riducono le cause.