Teknik PCB - Adakah reka PCB mengawal perbualan salib sistem digital?

1. Apa sebab percakapan salib?

Apabila isyarat menyebar sepanjang kabel PCB, gelombang elektromagnetik juga menyebar sepanjang kabel, dari satu ujung sirkuit terintegrasi ke ujung lain garis. Dalam proses penyebaran, gelombang elektromagnetik menyebabkan voltaj dan arus sementara disebabkan induksi elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik termasuk medan elektrik dan magnetik yang berubah pada masa. Dalam PCB, sebenarnya, medan elektromagnetik tidak terbatas kepada berbeza kabel, sebahagian besar tenaga medan elektromagnetik wujud diluar kabel. Oleh itu, jika terdapat garis lain di dekatnya, apabila isyarat menyebar sepanjang wayar, medan elektrik dan magnet akan mempengaruhi garis lain. Menurut persamaan Maxwell, elektrik dan medan magnetik yang berbeza masa akan menyebabkan konduktor bersebelahan untuk menghasilkan tenaga dan arus. Oleh itu, medan elektromagnetik yang menyertai proses penyebaran isyarat akan menyebabkan garis bersebelahan menghasilkan isyarat, yang menyebabkan percakapan salib.

2. Karakteristik kemampuan perbualan salib maju

Kehadapan percakapan salib muncul sebagai dua ciri-ciri berkaitan antara satu sama lain: kapasitif dan perceptif. Apabila isyarat "serangan" maju, isyarat tekanan dengan fasa yang sama dijana dalam "mangsa". Isyarat ini mempunyai kelajuan yang sama dengan isyarat "penyerangan", tetapi ia sentiasa sebelum isyarat "penyerangan". Ini bermakna isyarat percakapan salib tidak akan menyebar di hadapan, tetapi akan dipasang dengan lebih tenaga pada kelajuan yang sama dengan isyarat "gangguan".

Oleh kerana perubahan isyarat "gangguan" menyebabkan isyarat salib bercakap, denyut salib maju tidak unipolar, tetapi mempunyai kedua-dua polaritas positif dan negatif. Durasi denyut sama dengan masa tukar isyarat "gangguan".

Kapensiensi sambungan antara wayar menentukan amplitud tarik salib maju, dan kapansiti sambungan ditentukan oleh banyak faktor, seperti bahan PCB, saiz geometrik, kedudukan salib garis, dan sebagainya. Amplitud adalah proporsional dengan jarak antara garis selari: semakin panjang jarak, semakin besar tarik salib. Namun, amplitud denyut percakapan salib mempunyai had atas, kerana isyarat "gangguan" secara perlahan kehilangan tenaga, dan "mangsa" bertukar pasangan kembali kepada "penyerang".

Karakteristik induksi perbualan salib maju

Apabila isyarat "gangguan" bertambah, medan magnet beragam masa akan juga menghasilkan saling bercakap: saling bercakap maju dengan ciri-ciri induktif. Tapi percakapan salib dan percakapan salib kapasitif jelas berbeza: polariti percakapan salib maju adalah bertentangan dengan percakapan salib kapasitif maju. Ini kerana dalam arah depan, bahagian kapasitif dan perceptif percakapan salib berkompetisi dan membatalkan satu sama lain. Sebenarnya, apabila persimpangan kapasitif dan perceptif maju sama, tidak ada persimpangan maju.

Dalam banyak peranti, perbualan salib depan agak kecil, dan perbualan salib mundur menjadi masalah besar, terutama untuk papan sirkuit garis panjang, kerana sambungan kapasitatif diperbaiki. Bagaimanapun, tanpa simulasi, praktikal mustahil untuk mengetahui seberapa besar persepsi dan kapasitif saling bercakap dibatalkan.

Jika anda telah mengukur salib depan, anda boleh menentukan sama ada jejak anda secara kapasitif dipasang atau secara induktif dipasang pada polaritinya. Jika polariti salib bercakap sama dengan isyarat "gangguan", sambungan kapasitif akan dominasi, jika tidak, sambungan induktif akan dominasi. Dalam papan PCB, pasangan induktif biasanya lebih kuat.

Teori fizikal perbualan salib mundur adalah sama seperti perbualan salib maju: medan elektrik dan magnetik yang berbeza-masa isyarat "gangguan" menyebabkan isyarat perceptif dan kapasitif dalam "mangsa". Tetapi terdapat juga perbezaan antara kedua-dua.

Perbezaan terbesar ialah jangka isyarat salib mundur. Kerana arah penyebaran dan kelajuan bagi isyarat salib maju dan "gangguan" sama, jangka salib maju sama dengan isyarat "gangguan". Bagaimanapun, percakapan salib belakang dan isyarat "gangguan" menyebar ke arah yang bertentangan, ia tertinggal di belakang isyarat "serangan" dan menyebabkan kereta api panjang denyut.

Tidak seperti percakapan salib maju, amplitud denyut percakapan salib belakang tidak ada hubungannya dengan panjang garis, dan jangka denyutnya adalah dua kali lebih lambat masa isyarat "gangguan". Kenapa? Anggap anda mengamati salib mundur dari titik permulaan isyarat. Apabila isyarat "gangguan" jauh dari titik permulaan, ia masih menghasilkan denyut mundur sehingga isyarat tertunda lain muncul. Dengan cara ini, keseluruhan tempoh denyutan salib mundur adalah dua kali lebih lambat masa isyarat "gangguan".

3. Refleksi perbualan salib belakang

Anda mungkin tidak peduli tentang gangguan salib antara cip pemandu dan cip penerima. Bagaimanapun, mengapa anda perlu peduli tentang denyut belakang? Kerana cip pemandu secara umum adalah output impedance rendah, ia mencerminkan lebih banyak isyarat salib daripada ia menyerap. Apabila isyarat salib mundur mencapai cip pemacu dari "mangsa", ia akan direfleksikan ke cip yang menerima. Kerana resistensi output cip pemandu biasanya lebih rendah daripada wayar sendiri, ia sering menyebabkan refleksi isyarat salib bercakap.

Tidak seperti isyarat salib maju, yang mempunyai dua ciri-ciri: induktif dan kapasitif, isyarat salib belakang hanya mempunyai satu polariti, jadi isyarat salib belakang tidak dapat membatalkan dirinya sendiri. Kualiti isyarat salib belakang dan isyarat salib selepas refleksi sama dengan isyarat "gangguan", dan amplitudnya adalah jumlah kedua-dua bahagian.

Ingat, apabila anda mengukur denyutan salib belakang pada hujung penerimaan "mangsa", isyarat salib ini telah direfleksikan oleh cip pemacu "mangsa". Anda boleh memperhatikan bahawa polariti isyarat salib belakang adalah bertentangan dengan isyarat "gangguan".

Dalam rancangan digital, anda sering peduli tentang beberapa indikator kuantitatif. Contohnya, tidak kira bagaimana dan apabila saling bercakap dijana, ke hadapan atau ke belakang, toleransi bunyi maksimum adalah 150mV. Jadi, adakah cara mudah untuk mengukur bunyi dengan tepat? Jawapan sederhana adalah "tidak", kerana kesan medan elektromagnetik terlalu rumit, melibatkan siri persamaan, topologi papan sirkuit, ciri-ciri analog cip, dan sebagainya.

4. Pembatalan Crosstalk

Satu kaedah adalah untuk mengubah satu atau lebih parameter geometrik yang mempengaruhi sambungan, seperti panjang baris, jarak antara baris, dan kedudukan lapisan papan sirkuit. Kaedah lain ialah menggunakan terminal untuk menukar baris tunggal ke baris terhubung berbilang-saluran. Dengan rancangan yang masuk akal, terminal berbilang baris boleh batalkan sebahagian besar perbualan salib.

5. Panjang baris

Banyak desainer percaya bahawa pendekatan panjang garis adalah kunci untuk mengurangkan percakapan salib. Malah, hampir semua perisian desain sirkuit menyediakan fungsi kawalan panjang garis selari maksimum. Malangnya, sukar untuk mengurangi percakapan salib hanya dengan mengubah nilai geometrik.

Kerana percakapan salib maju dipengaruhi oleh panjang sambungan, apabila anda pendek panjang garis yang tidak mempunyai hubungan sambungan, hampir tiada pengurangan dalam percakapan salib. Selain itu, jika panjang sambungan melebihi lambat masa jatuh atau naik cip pemacu, hubungan linear antara panjang sambungan dan salib maju akan mencapai nilai ketepuan. Pada masa ini, pendekatan garis sambungan yang sudah panjang mempunyai sedikit kesan untuk mengurangi salib bercakap.

6. Kesulitan mengisolasi

Tidak mudah untuk meningkatkan jarak antara garis yang dipasang. Jika kabel anda sangat padat, anda mesti menghabiskan banyak usaha untuk mengurangi padat kabel. Jika anda bimbang tentang gangguan percakapan salib, anda boleh tambah satu atau dua lapisan pengasingan. Jika anda perlu mengembangkan jarak antara baris atau rangkaian, maka lebih baik anda mempunyai perisian yang mudah untuk beroperasi. Lebar dan tebal sirkuit juga mempengaruhi gangguan salib, tetapi pengaruhnya jauh lebih kecil daripada faktor jarak sirkuit. Oleh itu, dua parameter ini secara umum jarang disesuaikan.

Ketempatan bahan dielektrik mempengaruhi gangguan salib atas panjang yang besar. Secara umum, membuat lapisan kawat dekat dengan lapisan kuasa (Vcc atau tanah) boleh mengurangkan gangguan salib. Nilai tepat kesan peningkatan perlu ditentukan dengan simulasi.

7. Faktor stratifikasi

Beberapa desainer PCB masih tidak memperhatikan kaedah lapisan, yang merupakan kesilapan besar dalam desain sirkuit kelajuan tinggi. Lapisan tidak hanya mempengaruhi prestasi garis penghantaran, seperti impedance, lambat dan sambungan, tetapi juga operasi sirkuit cenderung untuk cacat atau bahkan perubahan. Contohnya, ia mustahil untuk mengurangi gangguan salib dengan mengurangi tebal dielektrik 5 juta, walaupun ia boleh dilakukan dalam terma kos dan proses.

8. Senjata mematikan

Malangnya, terminal seperti itu mahal dan mustahil untuk dicapai dengan cara yang ideal, kerana pengendalian sambungan antara beberapa garis penghantaran terlalu kecil, yang akan menyebabkan arus besar mengalir ke dalam cip pemacu. Impedasi antara garis transmisi dan tanah tidak boleh terlalu besar untuk memandu cip. Jika masalah ini wujud dan and a merancang untuk menggunakan jenis terminal ini, cuba menambah beberapa kondensator sambungan AC.

Walaupun ada beberapa kesulitan dalam pelaksanaan, terminal array impedance masih senjata mematikan untuk menghadapi refleksi isyarat dan perbualan salib, terutama untuk keadaan yang kasar. Dalam persekitaran lain, ia mungkin atau tidak berfungsi, tetapi ia masih kaedah yang direkomendasikan.