精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
にある高周波回路,クロストーク を理解し、予測するのが最も難しいかもしれません, しかし、それは制御されるか、あるいは排除される.
スイッチング速度が増加するにつれて、現代のデジタルシステムは、信号反射、遅延フェージング、クロストーク、および電磁両立性故障のような一連の問題に遭遇した。集積回路のスイッチング時間が5ナノ秒又は4ナノ秒以下に低下すると、プリント回路基板自体の固有特性が現れ始める。残念ながら、これらの機能は有害であり、設計プロセス中に可能な限り避けるべきである。高周波回路において、クロストークは理解し、予測するのが最も困難であり得るが、それを制御することができ、あるいは除去することもできる。
クロストークは何か
信号がプリント配線板の配線に沿って伝搬すると、その電磁波も集積回路チップの一端から線路の他端まで配線に沿って伝搬する。伝搬過程では電磁波による過渡電圧や電流が発生する。
電磁波は、時間とともに変化する電場と磁場を含む.イン いんさつかいろ板, 事実上, 電磁界は様々な配線に限定されない, 電磁界エネルギーのかなりの部分は、配線の外側に存在する. したがって, 近くに他の線があるならば, 信号がワイヤに沿って伝搬するとき,その電場と磁場は他の線に影響を及ぼす. マクスウェルの式によると, 時変電力及び磁界は、隣接する導体に電圧及び電流を発生させる. したがって, 信号伝搬プロセスに伴う電磁場は、隣接するラインに信号を発生させる, どちらが クロストーク.
プリント基板では、クロストークを引き起こすラインはしばしば「侵入者」と呼ばれる漏話干渉を受ける線は通常「被害者」と呼ばれます。任意の「犠牲者」におけるクロストーク信号は、順方向クロストーク信号および後方クロストーク信号に分割することができ、これらの2つの信号は、部分的に容量結合および誘導結合によって引き起こされる。クロストーク信号の数学的記述は非常に複雑であるが、湖の高速船のように、前方および後方クロストーク信号のいくつかの定量的特性は、まだ人々によって理解され得る。
高速艇は水に2つの影響を及ぼす。まず、スピードボートは船首に波を起こし、弧状の波紋はスピードボートで前進するように見える第二に、スピードボートがしばらくの間旅行するとき、それはそれの後で長い水道を残します。
シグナルが「侵入者」を通過するとき、これは「被害者」の反応に非常に類似しています。「被害者」の漏話信号の2つのタイプがあります：船の船首の水と波紋のように、侵入信号の前の前方の信号；後方信号は、船が航行した後、湖の水の道のように、侵入信号の背後にある。
フォワードクロストークの容量特性
双方向クロストークは2つの相互関係特性として現れる。「侵入」信号が進むと、「犠牲者」に同位相の電圧信号が発生する。このシグナルは「侵入」信号と同じ速度を持ちます、しかし、それは「侵入」信号の前に常にあります。これは、クロストーク信号が前もって伝搬しないことを意味するが、「侵入」信号と同じ速度でより多くのエネルギーと結合される。
「侵入」信号の変化がクロストーク信号を引き起こすので、順方向クロストークパルスは単極ではなく、正負の極性を有する。パルス持続時間は、「侵入」信号の切り替え時間に等しい。
ワイヤ間の結合容量は、順方向クロストークパルスの振幅を決定し、結合キャパシタンスは、プリント回路基板の材料、幾何学的サイズ、ライン交差の位置などの多くの要因によって決定される。振幅は平行線間の距離に比例する。距離が長いほどクロストークパルスが大きくなる。しかし、「侵入」信号が徐々にエネルギーを失い、「犠牲者」が順番に「侵入者」に結合するので、クロストークパルスの振幅に上限がある。フォワードクロストークのインダクタンス特性
「侵入」信号が伝播するとき、その時変磁場はクロストークを生じる。しかし、知覚的クロストークと容量性クロストークは明らかに異なる。前方知覚クロストークの極性は前方容量性クロストークのそれと逆である。これは、順方向において、クロストークの容量及び知覚部分が互いに競合して互いに打ち消されるためである。実際、前方容量性および知覚的クロストークが等しいとき、順方向クロストークがない。
多くのデバイスでは、順方向クロストークは非常に小さく、また、容量結合が強化されているので、特に長いストリップ回路基板に対して後方クロストークが大きな問題となる。しかし、シミュレーションなしでは、知覚的および容量性クロストークがどの程度排除されるのかを知ることは実質的に不可能である。
あなたが前方のクロストークを測定したならば、あなたはあなたの跡が容量的に結合されるかどうか、または、その極性に基づいて誘導的に結合されるかどうか決定することができます。漏話極性が「侵入」信号と同じである場合、容量結合が支配され、そうでなければ、誘導結合が支配される。プリント回路基板では、誘導結合は通常より強い。
後方クロストークの物理的理論は、順方向クロストークのそれと同じである。「侵入」信号の時変電気及び磁界は、「犠牲者」において知覚的及び容量性信号を引き起こす。しかし、2つの間にも違いがあります。
最大の違いは後方クロストーク信号の持続時間である。順方向クロストークと「侵入」信号の伝搬方向と速度は同じであるので、順方向クロストークの持続時間は「侵入」信号と同じである。しかし、後方クロストークと「侵入」信号は反対方向に伝播し、それは「侵入」信号の遅れになり、パルスの長い列を引き起こす。
前方クロストークとは異なり、後方クロストークパルスの振幅はライン長とは無関係であり、そのパルス持続時間は「侵入」信号の遅延時間の2倍である。なぜ？信号の出発点から後方クロストークを観測したとします。「侵入」信号が出発点から遠く離れているとき、別の遅延信号が現れるまで、それはまだ後方のパルスを生じる。このように、後方クロストークパルスの全期間は、「侵入」信号の遅延時間の2倍である。
後方クロストークの反射
ドライバチップとレシーバチップとのクロストーク干渉は気にしないかもしれません。しかし、なぜ後方のパルスを気にする必要がありますか？ドライバチップは一般に低インピーダンス出力であるので、それが吸収するより多くのクロストーク信号を反射する。後方クロストーク信号が「被害者」のドライバチップに達すると、受信チップに反映される。一般に、ドライバチップの出力抵抗は、配線自体よりも低いので、クロストーク信号の反射を起こすことが多い。
誘導性と容量性の2つの特性を持つ順方向クロストーク信号とは異なり、後方クロストーク信号は1つの極性しかないので、後方クロストーク信号はそれ自体をキャンセルすることができない。反射後の後方クロストーク信号とクロストーク信号の極性は「侵入」信号と同じであり、その振幅は2つの部分の和である。
「犠牲者」の受信端で後方クロストークパルスを測定するとき、この漏話信号は「犠牲者」駆動チップによって既に反映されていることを覚えておいてください。後方クロストーク信号の極性は「侵入」信号と逆であることがわかる。
デジタルデザインでは、しばしばいくつかの定量的な指標を気に。例えば、クロストークがどのように発生しても、どのようにしても、前方または後方には、その最大ノイズ許容量は150 mVである。だから、ノイズを正確に測定する簡単な方法がありますか？電磁界効果は複雑であり，一連の方程式，回路基板のトポロジー，チップのアナログ特性などを含む。
4行目
多くのデザイナーは、線長を短くすることが漏話を減らす鍵であると思っています。実際には、ほぼすべての回路設計ソフトウェアは、最大平行線長制御機能を提供します。残念ながら、幾何学的な値を変更するだけでクロストークを低減することは困難である。
順方向クロストークは結合長によって影響されるので、結合関係がないラインの長さを短くすると、クロストークの低減はほとんどない。さらに、結合長がドライバチップの降下または立ち上がり時間遅れを超える場合、結合長とフォワードクロストークの間の線形関係は飽和値に達する。このとき、既に長い結合線を短くすることはクロストークの低減にほとんど効果がない。
合理的な方法は、結合線間の距離を拡大することである。ほとんどすべての場合、結合線路を分離することにより、クロストーク干渉を大幅に低減することができる。練習は、後方クロストーク振幅が結合線間の距離の二乗に対してほぼ反比例することを証明した。すなわち、距離を2倍にすると、クロストークは3分の1だけ減少する。この効果は後方クロストークが支配的であるとき顕著である。
クロストークキャンセル
実用的な観点から、最も重要な問題は、クロストークを除去する方法です。クロストークが回路特性にどのような影響を与えるか
次の2つの戦略を採用できます。つの方法は、線長、線間距離、および回路基板の積層位置などの結合に影響を与える1つ以上の幾何学的パラメータを変更することである。別の方法は、単一のラインをマルチチャンネル結合ラインに変えるためにターミナルを使うことです。合理的な設計では、マルチライン端子はクロストークの大部分を取り消すことができる。
隔離の難しさ
結合線間の距離を上げることは容易ではない. あなたの配線が非常に濃い, 配線密度を減らす努力をしなければならない. もしあなたが心配ならクロストーク 干渉, つまたは2.つの分離層を追加することができます.拡張が必要な場合路線間距離 あるいはネットワークであれば、ソフトウェアを持っているほうがいいでしょうそれで 操作が容易です。回路の幅と厚さもまた クロストーク 干渉, でも その影響は回路の距離因子よりずっと小さい。したがって, これら2.つのパラメータは一般に調整されない.
回路基板の絶縁材料が誘電率を有するので、それはまた、ライン間の結合容量を生成するので、誘電率を減らすことはクロストーク干渉を減らすこともできる。この効果は非常に明白ではない。特に、誘電体のマイクロストリップ回路部分は既に空気である。より重要なことに、特に高価な装置では、誘電率を変えることはそんなに簡単ではありません。回避策はFR - 4の代わりにより高価な材料を使うことです。
誘電体材料の厚さは、大きな長さにわたるクロストーク干渉に影響を及ぼす。一般に、配線層をパワー層（Vccまたは接地）に近づけることにより、クロストーク干渉を低減することができる。改善効果の正確な値はシミュレーションによって決定する必要がある。
成層因子
いくつかの印刷回路板 デザイナー それでも、層化方法に注意しないでください, 高速回路設計における大きな誤り. 層化は送電線の性能に影響を与えない, インピーダンスのような, 遅延と結合, しかし、回路操作は誤動作または変化さえ起こしやすいです. 例えば, 減らすのは不可能だ クロストーク 干渉 5 milの誘電体厚を小さくすることにより、コストとプロセスに関して行うことができるが.
見落とすのが簡単であるもう一つの要因は、層の選択です。多くの場合、前方クロストークはマイクロストリップ回路における主なクロストーク干渉である。しかし、設計が妥当であれば、配線層は2つの電力層の間に位置し、容量結合と誘導結合はバランスよく、下位振幅の後方クロストークは主要な要因となる。したがって，シミュレーション中にどのようなクロストーク干渉が支配されるかに注意しなければならない。
配線とチップとの位置関係もクロストークに影響する。後方クロストークが受信チップに到達し、ドライバチップに反映されるので、ドライバチップの位置と性能は非常に重要である。トポロジー，反射その他の要因の複雑さのため，だれがクロストークに影響されるかを説明することは困難である。選択する複数のトポロジー構造がある場合、どの構造がクロストークに最も影響を及ぼすかを決定するためにシミュレーションを使用するのがベストである。
クロストークを減らすことができる非幾何学的要因は、ドライバチップ自体の技術的指標である。一般的な原理は、クロストーク干渉を低減するために長いスイッチング時間を有するドライバチップを選択することである（高速に起因する他の多くの問題を解決するのと同じである）。クロストークがスイッチング時間に厳密に比例しない場合でも、スイッチング時間を短縮することは、依然として大きな影響を与える。多くの場合、ドライバのチップ技術を選択することはできません、あなたの目標を達成するために幾何学的パラメータを変更することができます。端末を通して漏話を減らす
我々がすべて知っているように、独立して、結合されていない伝送ライン・ターミナルはインピーダンスにマッチするように接続されている。現在、直列接続された伝送線路、例えば、互いにクロストークを有する3つの伝送線路、または一対の結合伝送線路を考える。回路解析ソフトウェアを使用する場合は、伝送線自体と容量とインダクタンスの間を表す行列のペアを得ることができます。例えば、3つの伝送ラインは、以下のCおよびLマトリックスを有することができる。
これらのマトリックスにおいて、対角要素は伝送ライン自体の値である。（単位長さ当りPF及びNHで表される。これらの値を決定するために、洗練された電磁界試験機を使用することができる。
各伝送線路群も特性インピーダンス行列を有することが分かる。このZ 0マトリックスにおいて、対角要素は接地への伝送線路のインピーダンス値を表し、オフ対角要素は伝送線路の結合値である。
伝送線路のグループについては、1つの伝送線路と同様に、端子がZ 0に一致するインピーダンス行列である場合、その行列はほぼ同じである。形成されたインピーダンス・ネットワークがZ 0と一致する限り、必要なインピーダンスはZ 0の値である必要はありません。インピーダンスマトリックスは、伝送線路のインピーダンスだけでなく、伝送線路間のインピーダンスも含む。
このようなインピーダンスマトリックスは良好な特性を有する。まず、非結合線におけるクロストークの反射を防止することができる。さらに重要なことに、それは形成されたクロストークを除去することができる。
凶器
残念なことに、そのような端子は高価であり、理想的に達成することは不可能である。いくつかの伝送線路間の結合インピーダンスが小さすぎるため、ドライバチップに大きな電流が流れる。伝送線路と接地との間のインピーダンスは、チップを駆動するには大きすぎることができない。これらの問題が存在し、このタイプの端末を使用する場合は、いくつかのAC結合コンデンサを追加してください。
実装には困難があるが, インピーダンスアレイ端末は依然として致命的な武器であるシグナル 反射と漏話, 特に厳しい状態のために. 他の環境で, それは働くかもしれないしないかもしれない, しかし、それはまだ推薦された方法です.
