PCBニュース - 高速PCB設計クロストーク解析

クロストークは、信号が伝送線路上を伝搬するときに隣接する信号間の電磁場の相互結合によって生成される望ましくないノイズ電圧信号を意味する, それで, エネルギーは1行から別の線に結合される. 電子製品の複雑さと性能の増加, の密度 印刷回路板 そして、関連するデバイスの周波数は、絶えず増加しています. システムの速度と性能を維持・向上させることが設計者にとって重要な課題となっている. 信号周波数が高い, 尖った刃, より小さいPCBサイズ, そして、増加した配線密度は、高速のクロストークの影響をすべて作る PCB設計 大幅に増加. クロストーク問題は客観的に存在する, しかし、ある制限を超えると、回路を誤ってトリガし、システムが正常に動作しないようにする. 設計者はクロストークの原理を理解しなければならず、クロストークの負の影響を最小化するために設計に適切な方法を適用する必要がある.

高速での交叉 PCB設計 相互インダクタンスにより発生する磁界結合に起因する, 相互キャパシタンスによって発生する電界結合. 二つの結合伝送線路のクロストークモデル. 近端クロストークは、干渉ラインドライバ34に近接する干渉ライン上のクロストークを指す, そして、遠端クロストークは、干渉ラインの受信端部に近接する干渉線上のクロストークを指す.

Magnetic field (inductive) and electric field (capacitive) crosstalk model diagram

Inductive coupling is the interference caused by the induced voltage on the interfered object due to the magnetic field generated by the current change on the interference source. ラインAB IN上で伝送される信号の磁界は、ラインAd 1上の電圧を誘導する. 干渉線は変圧器の一次側とみなすことができる, 干渉された線は変圧器の二次側とみなすことができる, そして、干渉されたラインにより生成される電流は、近端にある. 負荷抵抗と遠隔負荷抵抗の流れ. tpは伝送線路の遅延時間である, またTRは駆動信号の立ち上がり時間である. 遠端結合は、TR 1のパルス幅で負のパルスを生成することが分かる, また，近端結合は2 TP時間展開を記憶する, 振幅は変化しない, しかし、それらの結合クロストークの合計面積は同じである. The total area of crosstalk coupling is proportional to LM (dIs/dt) and coupling length.

容量結合は干渉源上の電圧変化に起因する干渉物体上の誘導電流に起因する干渉である. 相互容量結合に起因する各点の波形を図4に示す .相互誘導結合との違いは、遠隔結合が正のパルスであることである. The coupling crosstalk area is proportional to CM[(dv/dt) and coupling length.

誘導性および容量性共結合クロストークは本質的に2つの結合クロストークの重ね合わせの結果である. It can be seen from that both inductive coupling and capacitive coupling crosstalk try to enhance their effect at the near end d (they have the same polarity at point d), while at the far end c try to cancel each other's effect (their polarities at point c on the contrary). 近端クロストークパルスの振幅は一定である, そして、パルス幅は結合領域により表示される伝播時間TPの2倍である. 遠端パルスの幅は、干渉線上のパルスの立ち上がり時間trの略である, 結合長の増加とともに振幅は増加する. 通常条件下で, 完全な平面で, 誘導性および容量性クロストーク電圧は基本的に同じである. のストリップライン回路 PCB回路 誘導結合と容量結合の良いバランスを持つ, そして、その遠端クロストークは小さいライン用マイクロストリップ, クロストークに関係する電界の大部分は、他の絶縁材料の代わりに空気を通過する, したがって、容量性クロストークは誘導性ストリングよりも小さい, これは、その遠端結合を負の数. クロストークが主な問題であるならば, その後、ストリップラインとしてすべての敏感なトレースを配置する.

Mutual inductance and mutual capacitive coupling crosstalk waveform diagram

The effect of crosstalk on the system is generally negative. 高密度で複雑なクロストークを完全に回避することは不可能である PCB設計. クロストークを減らすために, 基本的には、干渉源ネットワークと干渉ネットワークとの結合をできるだけ小さくすることである. システム設計上, システムの他の性能に影響を与えずにクロストークを最小化する適切な方法を選択すべきである. 上記分析と組み合わせる, the solution to the crosstalk problem is mainly considered from the following aspects:

When the wiring conditions allow, increase the distance between the transmission lines as much as possible; or reduce the parallel length between adjacent transmission lines as much as possible (cumulative parallel length), preferably wiring between different layers;

In the case of ensuring the signal timing, 可能な限り低い変換速度でデバイスを選択し、電場と磁場の変化率を遅くする, thereby reducing crosstalk;

The signal layer of two adjacent layers (without planar layer isolation) should be perpendicular to the routing direction, try to avoid parallel routing to reduce crosstalk between layers;
When designing the stack, 特性インピーダンスを満足する条件下で, the dielectric layer between the wiring layer and the reference plane (power or ground plane) should be made as thin as possible, thus increasing the coupling between the transmission line and the reference plane and reducing adjacent Coupling of transmission lines;

Because the surface layer has only one reference plane, 表面配線の電界結合は中間層の電界結合より強い, so signal lines that are more sensitive to crosstalk are placed in the inner layer as much as possible;

Through termination, 伝送線路の遠端及び近端のインピーダンスは、伝送線路と整合される, クロストークの振幅を大きく減らすことができる.

クロストークは高速で無視できない問題である PCB回路 design, そして、ますます注目を集めている. ディジタルベースのシステム設計は新しい段階に入った. 過去に二次的であった多くの高速設計問題は、現在システム性能に重大な影響を及ぼしました. クロストークを含む信号完全性問題は、設計概念の変化をもたらした, 設計プロセス, とデザインメソッド. 新しい挑戦に直面して, クロストークノイズの鍵は、システムの正常な動作に実際の影響を及ぼすネットワークを見つけることである, すべてのネットワークにおける漏話雑音を盲目に抑制する代わりに, また、限られた配線資源と矛盾する. of.