Berita PCB - Kaedah pengukuran sambungan domain-masa PCB

Kaedah pengukuran sambungan-domain masa untuk pengesahan kualiti PCBAnalysis of time-domain cross talk measurement method for PCB quality verification This article discusses the composition of crosstalk and shows readers how to use Tektronix â™™s TDS8000B series sampling oscilloscope or CSA8000B series communication signal analyzer to measure crosstalk on a single-sided PCB. Dengan kelajuan semakin meningkat sistem digital dalam bidang komunikasi, video, rangkaian dan teknologi komputer, keperluan kualiti papan sirkuit cetak (PCB) dalam sistem tersebut juga semakin meningkat. Rancangan PCB awal tidak dapat menjamin prestasi sistem dan keperluan kerja di hadapan frekuensi isyarat meningkat dan masa puls meningkat. Dalam rancangan PCB semasa, kita perlu guna teori garis penghantaran untuk model PCB dan komponen (sambungan pinggir, garis microstrip, dan soket komponen). Hanya dengan memahami secara penuh bentuk, mekanisme dan konsekuensi perbualan salib pada PCB dan menggunakan teknologi yang sepadan untuk menekan mereka sehingga besar kita boleh membantu kita meningkatkan kepercayaan sistem termasuk PCB. Artikel ini terutama fokus pada rancangan PCB, tetapi saya percaya bahawa kandungan yang dibahas dalam artikel juga akan membantu aplikasi lain seperti karakterisasi kabel dan konektor.

Kemungkinan akibat percakapan salib

Alasan mengapa para perancang PCB peduli tentang percakapan salib adalah bahawa percakapan salib boleh menyebabkan masalah prestasi berikut:

>Aras bunyi meningkat,

>Burrs spike yang menyakitkan,

>Kegelisahan pinggir data,

>Cermin isyarat tidak dijangka.

Yang mana daripada isu-isu ini akan mempengaruhi reka PCB bergantung pada banyak faktor, seperti ciri-ciri sirkuit logik yang digunakan pada papan, reka papan sirkuit, mod saling bercakap (terbalik atau maju), dan garis gangguan dan garis terganggu syarat penghentian di kedua-dua sisi. Maklumat yang diberikan di bawah boleh membantu pembaca mendalam pemahaman dan kajian mereka tentang perbualan salib, dengan itu mengurangkan kesan perbualan salib pada rancangan.

Kaedah untuk mempelajari percakapan salib

Untuk mengurangkan percakapan salib dalam rancangan PCB, kita mesti mencari keseimbangan antara reaksi kapasitatif dan reaksi induktif, dan berusaha untuk mencapai nilai impedance nilai, kerana kemudahan PCB memerlukan impedance garis transmisi yang dikendalikan dengan baik. Selepas papan sirkuit dirancang, komponen, konektor, dan kaedah penghentian pada papan menentukan jenis persimpangan yang akan mempunyai banyak kesan pada prestasi sirkuit. Dengan menggunakan kaedah pengukuran domain-masa, dengan menghitung frekuensi titik pendapatan dan memahami model PCB (Crosstalk-on-PCB), ia boleh membantu desainer untuk menetapkan julat sempadan analisis pendapatan.

Kaedah pengukuran domain masa

Untuk mengukur dan menganalisis perbualan salib, teknologi domain frekuensi boleh digunakan untuk mengamati hubungan antara komponen harmonik jam dalam spektrum frekuensi dan EMI maksimum pada frekuensi harmonik ini. Namun, pengukuran domain-masa pinggir isyarat digital (masa yang diperlukan untuk meningkat dari 10% aras isyarat ke 90%) juga merupakan cara untuk mengukur dan menganalisis perbualan salib, dan pengukuran domain-masa mempunyai keuntungan berikut: Perubahan di pinggir isyarat digital Kecepatan, atau masa meningkat, secara langsung mencerminkan seberapa tinggi setiap komponen frekuensi dalam isyarat. Oleh itu, Kelajuan isyarat (ie masa naik) ditakrif oleh pinggir isyarat juga boleh membantu mengungkap mekanisme perbualan salib. Masa naik boleh digunakan secara langsung untuk menghitung frekuensi titik pendapatan. Artikel ini akan menggunakan kaedah pengukuran masa naik untuk menjelaskan dan ukur perbualan salib.

frekuensi lutut

Untuk memastikan sistem digital boleh berfungsi dengan selamat, perancang mesti mempelajari dan mengesahkan prestasi desain sirkuit di bawah frekuensi titik pendapatan. Analisis domain frekuensi bagi isyarat digital menunjukkan bahawa isyarat yang lebih tinggi daripada frekuensi titik pendapatan akan dilemahkan, dan oleh itu tidak akan mempunyai kesan yang besar pada perbualan silang, sementara tenaga yang terkandung dalam isyarat di bawah frekuensi titik pendapatan cukup untuk mempengaruhi operasi sirkuit. Frekuensi titik pendapatan dihitung dengan formula berikut:

Fknee = 0. 5/ trise

Model percakapan salib PCB

Model yang diberikan dalam seksyen ini menyediakan platform untuk kajian bentuk-bentuk salib berbeza dan menjelaskan bagaimana halangan antara dua garis microstrip menyebabkan salib bercakap di papan PCB.

Kegagalan antara satu sama lain disebarkan sepanjang dua jejak. Crosstalk dijana apabila sirkuit gerbang digital menghantar pinggir naik ke garis percakapan salib, dan ia menyebar sepanjang jejak:

1. Kedua-duanya kapasitas Cm dan pasangan Lm induktansi bersama atau "crosstalk" tekanan ke garis terganggu sebelah.

2. Tekanan salib muncul pada garis terganggu dalam bentuk denyut yang sempit dengan lebar yang sama dengan masa naik denyut pada garis terganggu.

3. Pada garis yang mengganggu, tekanan salib terpecah menjadi dua, dan kemudian mulai mendarab dalam dua arah bertentangan. Ini membahagikan percakapan salib kepada dua bahagian: percakapan salib maju yang menyebar sepanjang arah penyebaran denyutan tekanan asal dan membalikkan percakapan salib yang menyebar sepanjang arah bertentangan dengan sumber isyarat.

Jenis Crosstalk dan mekanisme sambungan

Menurut model yang dibincangkan di atas, mekanisme sambungan perbualan salib akan diperkenalkan di bawah, dan dua jenis perbualan salib, maju dan balik, akan dibahas.

mekanisme sambungan kapasitif

Mekanisme gangguan disebabkan oleh kapasitas bersama dalam sirkuit:

>Apabila denyut pada garis gangguan mencapai kondensator, denyut yang sempit akan disambung dengan garis gangguan melalui kondensator.

>Amplitud denyut terhubung ditentukan oleh saiz kapasitas bersama.

>Kemudian, denyut terpasang dibahagi kepada dua dan mula mendarab dalam dua arah bertentangan sepanjang garis terganggu.

Mekanisme sambungan induksi atau pengubah

Induktan bersama dalam sirkuit akan menyebabkan gangguan berikut:

>Denyut yang menyebar pada garis gangguan akan mengisi kedudukan berikutnya di mana titik semasa muncul.

>Spike semasa ini menghasilkan medan magnetik, dan kemudian mengakibatkan spike semasa pada garis terganggu.

>Penukar akan menghasilkan dua punca tegangan yang bertentangan pada garis yang terganggu: punca negatif bertambah dalam arah depan, dan punca positif bertambah dalam arah terbalik.

perbualan saling balik

Tengah saling bercakap kapasitif dan induktif disebabkan oleh model di atas akan menghasilkan kesan tambahan pada kedudukan saling bercakap garis terganggu. Perbualan salib terbalik yang berasal mengandungi ciri-ciri berikut:

> Perkataan salib terbalik adalah jumlah dua denyut polariti yang sama.

>Kerana kedudukan perbualan salib bertambah sepanjang pinggir denyut gangguan, gangguan terbalik muncul sebagai isyarat denyut lebar dan rendah pada hujung sumber garis gangguan, dan terdapat hubungan yang sepadan antara lebarnya dan panjang jejak.

>Amplitud perbualan salib yang terrefleks adalah independen dari masa naik denyut garis gangguan, tetapi bergantung pada nilai impedance bersama.

forward crosstalk

Ia perlu diulang bahawa tekanan saling bercakap kapasitif dan induktif akan berkumpul di posisi saling bercakap garis terganggu. Sembunyi salib maju termasuk ciri-ciri berikut:

> Persilangan depan adalah jumlah dua denyut polaritas terbalik. Kerana polariti adalah bertentangan, hasilnya bergantung pada nilai relatif kapasitas dan induktan.

>Perkataan salib maju muncul pada hujung garis terganggu sebagai titik sempit dengan lebar yang sama dengan masa naik denyut gangguan.

>Perkataan salib maju bergantung pada masa naik denyut gangguan. Semakin cepat pinggir naik, semakin tinggi amplitud dan semakin sempit lebar.

>Amplitud perbualan salib maju juga bergantung pada panjang pasangan: kerana kedudukan perbualan salib bertambah sepanjang pinggir denyut gangguan, denyut perbualan salib maju pada garis terganggu akan mendapatkan lebih tenaga.

Carakterisasi saling bercakap

Seksyen ini akan menggunakan beberapa contoh pengukuran PCB lapisan tunggal untuk mempelajari mekanisme generasi perbualan salib dan beberapa jenis perbualan salib yang diperkenalkan di atas.

Perhatian: Untuk memperkenalkan diri dengan masalah dan konsekuensi percakapan salib pada PCB berbilang lapisan dan pesawat tanah mereka, sila baca rujukan atau sumber lain pada akhir artikel ini.

Instrumen dan tetapan

Untuk mengukur percakapan salib secara efektif di makmal, oscilloscope jangkauan lebar dengan lebar jangkauan pengukuran 20 GHz patut digunakan, dan generator denyut kualiti tinggi patut output denyut dengan masa naik sama dengan masa naik oscilloscope untuk memandu sirkuit yang sedang diuji. Pada masa yang sama, kabel kualiti tinggi, penahan penghentian dan penyesuaian digunakan untuk menyambung PCB yang sedang diuji.

Modul pemotongan elektronik 80E04 dipasang dalam serye alat Tektronix 8000B, yang merupakan kombinasi alat ideal untuk mengukur salib berjaya. 80E04 adalah modul sampel dua saluran, termasuk generator tensi langkah TDR, yang boleh menghasilkan denyut sempit 250mv dengan masa naik 17ps dan output dengan impedance sumber 50 ohms. Penguji hanya perlu sambung PCB untuk diuji.

Ke hadapan

Jika anda hanya mengukur salib depan, anda perlu hentikan semua jejak untuk menghapuskan refleksi. Perkataan salib maju patut diukur pada akhir wayar yang terganggu dengan baik.

Jika induktan antara satu sama lain lebih besar daripada saling bercakap tentang sambungan kapasitas antara satu sama lain, maka denyut saling bercakap sepatutnya negatif pada pinggir naik denyut gangguan, dan lebar sama dengan masa naik denyut gangguan. Instrumen dalam figur menunjukkan denyut negatif (C4) dengan amplitud 48.45 mV. Amplitud denyut gangguan ialah 250 mV, dan amplitud percakapan salib hampir 50 mV, jadi pinggir pantas denyut gangguan menghasilkan 20% dari percakapan salib pada garis gangguan.

Kerana tekanan langkah input dari 80E04 mempunyai pinggir yang sangat cepat semasa pengukuran, percakapan salib yang diperoleh terlalu besar dan tidak dapat mewakili isyarat pemandu dalam sirkuit logik sebenar. Contohnya, jika isyarat memandu berasal dari gerbang CMOS 1.5 ns, denyut salib yang dijana lebih luas dan mempunyai amplitud yang lebih kecil. Untuk membuat pengukuran mencerminkan situasi ini, anda boleh guna fungsi Tetapkan Matematik bagi instrumen untuk menambah penapis laluan rendah selepas isyarat ditangkap. Bentuk gelombang M1 (putih) dalam Figur 7 memberikan keputusan diukur selepas penapisan. Perlu dicatat bahawa M1 adalah 10 kali lebih sensitif dalam arah menegak daripada bentuk gelombang tidak ditapis.

Walaupun analisis matematik telah membuktikan bahawa kesan penapisan laluan rendah selepas tangkap isyarat adalah sama dengan kesan penapisan fizikal puls gangguan tersambung ke garis, langkah berikut lebih meyakinkan:

>Mengukur perbualan salib disebabkan oleh dua pinggir naik, satu cepat dan satu perlahan, dan denyut gangguan amplitud yang sama,

>Kemudian ubah percakapan salib disebabkan oleh denyut gangguan dengan pinggir naik cepat ke percakapan salib disebabkan oleh denyut gangguan dengan pinggir naik perlahan melalui penapis laluan rendah, dan akhirnya periksa keputusan.

>$waveform (R2) ialah denyut gangguan pinggir lambat, dan bentuk gelombang merah (R3) ialah percakapan salib disebabkan oleh ia.

> Bentuk gelombang hijau adalah denyut TDR tepi pantas (R1), dan bentuk gelombang putih (R4) adalah percakapan salib disebabkan oleh ia.

> Bentuk gelombang biru adalah bentuk gelombang yang diperoleh dengan memperlambat pinggir naik denyutan setelah menapis bentuk gelombang putih, dan ia mewakili hasil setelah menapis percakapan salib. Bentuk gelombang bersilang merah dan biru yang dipaparkan dalam figur dipaparkan pada skala tegangan yang sama.

Apabila pengukuran tunggal salib balik, perlu menghentikan garis gangguan dan garis gangguan dengan penangkap 50 ohm untuk menghapuskan refleksi. Keukuran patut dilakukan di ujung kiri garis terganggu. Amplitud denyut terrefleks sangat rendah, dan lebar adalah dua kali panjang garis, kerana perbualan salib di hujung jejak mesti dihantar kembali ke hujung sumber jejak. Dalam pengukuran percakapan salib balik, percakapan salib yang dijana oleh denyut gangguan tepi pantas adalah kira-kira ?? mV, yang sama dengan 4% dari amplitud denyut gangguan. Ukuran perbualan salib terbalik tidak ada hubungannya dengan masa naik denyutan. Dua bentuk gelombang berikut adalah percakapan salib yang dijana oleh denyutan pinggir lambat dan percakapan salib yang dijana oleh denyutan pinggir pantas selepas penapisan. Amplitudes mereka adalah kedua-dua 6.5 mV. Perbezaan antara panjang jejak dan masa naik denyut gangguan membuat amplitude salib terbalik yang dijana oleh denyut pinggir lambat lebih kecil.

Kerana masa naik denyut gangguan lebih panjang garis jejak pada masa ini, pinggir denyut tidak mencapai puncak amplitud apabila ia dihantar kembali ke hujung sumber jejak sepanjang arah jejak. Figure 11 menunjukkan keputusan pengukuran bercakap salib yang diperoleh apabila generator masa naik 200 ps (DG2040) dan output modul pengumpulan 80E04 17 ps generator digunakan sebagai puls gangguan. Tiga bentuk gelombang salib yang dipaparkan dalam figur semua menggunakan skala tegangan 5 mV/div.

Antara mereka, bentuk gelombang putih adalah hasil percakapan salib yang dijana oleh denyut gangguan dengan masa naik 17 ps selepas ditapis (setelah penapis) ke masa naik 200 ps. Keukuran ini telah mengesahkan bahawa kecuali masa naik denyut gangguan melebihi panjang jejak, masa naik tidak mempengaruhi percakapan salib balik. Dan jika masa naik denyut gangguan melebihi panjang jejak, amplitud salib terbalik yang dijana adalah lebih kecil, kerana dalam kes ini pinggir denyut tidak boleh mencapai amplitud puncak walaupun pinggir denyut melalui keseluruhan jejak.