Tartalomjegyzék
Lehet, hogy gyakran látta ezt a helyzetet: gondosan tervezett áramköri lapok előfordul egy instabil működés, adathibák és megnövekedett zaj. Ez valószínűleg a következőknek köszönhető crosstalk. Mi az a crosstalk? Miért fordul elő, és hogyan kerülhető el?
Ahogy ez a cikk halad előre, ELE elmagyarázza a keresztbeszólást és megvizsgálja a az áthallás okai, az áthallás által okozott károk és az áthallás elleni megoldások amelyekkel biztosítható az elektronikus rendszerek megbízhatósága. Most pedig merüljünk bele!
Mi az a Crosstalk?
Képzeljünk el két egymás mellett haladó autópályát (vezetékek), és azt, hogy az egyik autó (jel) zaja vagy rezgése (elektromágneses mező) hogyan befolyásolhatja a szomszéd sávban haladó másik autó zavartalan közlekedését (jelminőség). Az áthallás akkor következik be, ha egy jel egy nyomvonalon elektromágneses csatolással nem kívánt jelet indukál egy közeli nyomvonalon. Ez az interferencia jeltorzítást, logikai hibákat vagy időzítési hibákat okozhat.
A Crosstalk a következőkkel rendelkezik típusok:
- Közeli keresztbeszólás (NEXT): Az áldozat nyomvonalának átviteli oldalán keletkezik, és nem kívánt zajt okoz az agresszor jelével szemben.
- Távoli keresztbeszólás (FEXT): A fogadó oldalon történik, a zaj a támadó jellel azonos irányban terjed.
A elfogadható keresztbeszólási szintek nagyban függ az alkalmazástól és a technológiától. Vegye a nagysebességű soros linkek mint példa, a maximális keresztbeszólás -50dB (0,3%) gyakran célzott. Használhatja a crosstalk számológép vagy szimulációs eszközök az elfogadható adatok kiszámításához.
A PCB Crosstalk elsődleges okai
Fontos, hogy PCB tervezők ismerniük kell az áthallás főbb okait, mivel ez a tudás segít az áthallás okozta problémák enyhítésében. Az alábbiakban a NYÁK-oknál előforduló keresztbeszólások néhány oka ismertetésre kerül:
Elégtelen nyomvonal-távolság
A kapacitív és induktív csatolás a közeli nyomvonalaknál megnő. Ha a nyomvonalaknak nincs távolsága, még kis teljesítményű jelek esetén is előfordulhat keresztbeszólás.
Párhuzamos útválasztás és réteghalmaz problémák
- Különösen a nagysebességű kommunikáció, a csatolás felerősödik hosszú párhuzamos nyomvonalak.
- Szegény stack-up (pl. árnyékolás nélküli szomszédos jelrétegek) lehetővé teszi a széles oldali áthallást.
Nagyfrekvenciás jelek
A gyors jelátmenetek (meredek emelkedési/esési idők) magas elektromágneses mezők, ami nemkívánatos feszültségeket hozhat létre a szomszédos nyomvonalakon.
Belső kapcsolási mechanizmusok
A szomszédos vezetékek kölcsönös zavarását a következők okozzák elektromos (kapacitív) és mágneses (induktív) mezők.
Hogyan lehet azonosítani a Crosstalkot a PCB-ben?
Ha már azonosítottuk a keresztbeszólás okait, hogyan lehet meghatározni, hogy hogy a nyomtatott áramköri lapjukon előfordul-e és hol történik keresztbeszólás? Ha a crosstalk bizonyítékát keresi, a következőkkel kezdheti:
Ellenőrizze a Crosstalk tervezést
Koncentráljon hosszú párhuzamos nyomvonalak, nagy sebességű vonalak az érzékeny vonalak közelében, és több síkot átfogó területek.
Használja a címet. Tervezési szabályellenőrzés (DRC) megfelelő vonaltávolsági szabályok megállapítása (különösen a nagysebességű zónák esetében).
Szoftvereszközök használata
Használhatja a jelintegritás szimulációs funkció a oldalon. EDA eszközök (pl. KiCad, Eagle, Altium Designer stb.) a keresztbeszólás erősségének megjelenítéséhez.
A tesztelés során a kivételekre összpontosítva
Megfigyelés oszcilloszkóp: Szuperponált marások vagy lépések látható az áldozat vonalán, különösen akkor, ha szinkronban van az elkövető jelugrásaival. Lassabb jelszélek és megnövekedett jitter szintén releváns lehet.
Stratégiák a keresztbeszélgetések csökkentésére
Az alábbiakban bemutatunk néhány stratégiát, amelyek segítenek a PCB tervezőknek az áthallásproblémák csökkentésében és a javításban. jelintegritás a nyomtatott áramkörben.
1. Fizikai elrendezés és nyomvonal optimalizálása
Növelje a nyomvonal távolságot (kövesse a 3W/5W/10W szabályt)
Jó gyakorlatnak számít, hogy a 3W szabály érintetlenül hagyni a NYÁK tervezése során a csatolás csökkentése érdekében. Például egy 6 mils széles nyomvonalat legalább 18 mils távolsággal kell elválasztani egymástól. Ez a távolság tovább növelhető (5W-ra vagy 10W-ra) a rendkívül érzékeny analóg, RF vagy nagy sebességű digitális áramkörök annak érdekében, hogy tovább csökkenti a parazita induktivitást és a zajt.
Jelek útvonalvezetése merőlegesen a szomszédos rétegeken
A nyomvonalak egymás melletti rétegekre történő fektetése úgy, hogy azok ortogonálisan, mint a vízszintesen a egy réteg, függőlegesen a következőn, segít minimalizálni a csatolást.
Párhuzamos nyomvonalhossz minimalizálása
A legközelebbi rétegek közötti érzékeny nyomvonalak ortogonális útvonalvezetése használható a csatolás csökkentésére. Ha párhuzamos útvonalválasztás nem lehet elkerülni, ezt meg kell tenni a lehető legrövidebb az áthallás lehetőségének minimalizálása érdekében.
Kerülje a derékszögű kanyarokat (használjon 45°-os vagy görbéket)
Az éles 90 fokos kanyarokat el kell kerülni a következőkkel 45 fokos szögek vagy akár íves nyomvonalak használata az impedancia megszakítások és visszaverődések elkerülése érdekében.
Védőnyomok és árnyékolás használata
A Guard Traces és az árnyékolt nyomvonalak a következőkben használhatók PCB elrendezés az áthallás csökkentése érdekében. A földelt nyomvonal akadályként működik két érzékeny jel között a zaj és a visszaverődések csökkentése érdekében.
2. Fokozza a címet. Földelés & Visszatérési útvonal integritása
Használjon alaplapokat (szilárd, alacsony impedanciájú)
Szilárd alaplapok bevonása (vagy legalábbis alacsony impedanciájú síkok) közeli jelzőrétegek alacsony impedanciájú visszatérési útvonalat biztosít, és segíthet az elektromágneses interferencia elleni árnyékolásban. Az induktív áthallás minimálisra csökkenthető a következőkkel folyamatos alaplap a jelnyomok alatt, a hurok induktivitásának csökkentése és az elektromágneses mezők visszatartása révén.
Folyamatos visszatérési útvonalak fenntartása
Biztosítani, hogy az alaplapok folyamatosak a jelnyomok alatt, jó visszatérési útvonalakat biztosítanak és csökkenti a hurokterületeket.
Optimalizálja a rétegfelhalmozást (jelek elkülönítése síkokkal)
Fizikai rétegezés a nagysebességű jelek földsíkokkal történő elszigetelésére és a jelzőrétegek árnyékolás nélküli közvetlen egymás melletti elhelyezésének mellőzése minimalizálhatja a csatolást.
3. Fejlett jelkezelés és anyagválasztás végrehajtása
Differenciális jelzés megvalósítása
A differenciális jelzési technika rendkívül hatásosnak bizonyult az áthallások ellen a zajok megszüntetésével. A differenciál párokat szorosan kell összekapcsolni a jel és a zajvédelem egyensúlyának megteremtése érdekében, mert ez adja a legjobb teljesítményt.
Válassza a Low-Dk-t PCB Anyagok
Kapacitív csatolás, ami csökkenti a jelintegritást, minimalizálható a következő eszközök alkalmazásával alacsony Dk értékű anyagok, mint a Rogers.
Gyakori tévhitek és megoldások
Az áthallás kiküszöbölhető a 3W-os szabály betartásával.
A földelt vezetékek hozzáadása az érzékeny jel mindkét oldalán teljesen leárnyékolhatja azt az interferenciától.
Az áthallás kiküszöbölhető a 3W-os szabály betartásával.
Még akkor is, ha a 3W-ot elérte, hosszú párhuzamos vezetékek vagy nagyfrekvenciás átvitelek révén még mindig lehet zajcsatlakozás. (>1GHz). Ennek ellenőrzéséhez, továbbfejlesztett rétegelt lemezek kombinációja (pl. az alaplapi szigetelés hozzáadása) és rövidebb párhuzamos hosszúságok szükséges.
A földelt vezetékek hozzáadása az érzékeny jel mindkét oldalán teljesen leárnyékolhatja azt az interferenciától.
Ha a védőhuzalok nincsenek megfelelően földelve, akkor antennasugárzott zajt hozhatnak létre. Védőhuzalok több átjáróval kell az alaplaphoz csatlakoztatni.
A differenciális útvonalvezetést nagyon szorosan kell elhelyezni.
A visszatérési útvonal szükségszerűen folyamatos, amíg létezik egy alaplap.
A differenciális útvonalvezetést nagyon szorosan kell elhelyezni.
Ha kellőképpen meg lehet őket védeni a külső beavatkozástól, akkor nincs szükség a beavatkozás elleni és a EMI elnyomása az egymással való szoros összekapcsolódás révén.
A visszatérési útvonal szükségszerűen folyamatos, amíg létezik egy alaplap.
Az alaplapon lévő repedések és hasított rések miatt a visszatérő áram megkerülheti azt, ezáltal növelve a hurok területét. A hasítékokat nagy sebességű jelek esetén el kell kerülni, vagy a hasítéknál öltési kondenzátorokat lehet hozzáadni.
Következtetés
Ahogy a nyomtatott áramköri lapok tervezése egyre gyorsabbá és kompaktabbá válik, az áthallás kritikus kihívássá válik. Az okok megértésével és a bizonyítottan hatáscsökkentő technikák alkalmazásával a tervezők a következőket érhetik el megbízható, nagy sebességű rendszerteljesítményt biztosít. Ezeknek a technikáknak a megértése kötelező az elvárt PCB funkcionalitás.
Aggódik a keresztbeszólások miatt a PCB tervezése során? ELE PCB épít kiváló minőségű PCB-k amelyeket gondosan úgy terveztek meg, hogy csökkentsék a keresztbeszólásokat és a jelproblémákat, tökéletes a nagy sebességű és érzékeny elektronikához. Forduljon hozzánk szakértői támogatásért!
GYIK
A1: Az áthallás a PCB-n a szomszédos jelnyomok közötti nemkívánatos zajra utal, amely a jel torzulásához, időzítési hibához vagy akár teljes jelzavarhoz is vezethet. a PCB meghibásodása. Jellemzően nagysebességű kivitelekben található.
A2: A nagysebességű tervezésnél a jelek magasabb frekvenciájúak, ami azt jelenti, hogy a jelátmenetek gyorsabbak az ilyen tervekben. Ez a gyorsabb átmenet növeli a kapacitív és induktív csatolás lehetőségét, ami végül nem kívánt zajhoz, jelrongáláshoz és keresztbeszóláshoz vezet.
A3:
| Jellemző | Induktív áthallás | Kapacitív áthallás |
| Kapcsolási mechanizmus | Mágneses mezőcsatolás (változó áram → mágneses fluxus) | Elektromos térkapcsolás (feszültségkülönbség → elmozdulási áram) |
| Elsődleges hatás | Alacsony impedanciájú áramkörök (táp-/motorvezetékek) | Nagy impedanciájú áramkörök (jel/ADC vonalak) |
| Kulcsképlet | Vnoise=Lm⋅didtVnoise=Lm⋅dtdi | Inoise=Cm⋅dvdtInoise=Cm⋅dvtdv |
| Elnyomás | Csökkentse a hurok területét - Használjon sodrott párokat | A távolságok növelése - Földpajzsok hozzáadása |
A4: A 3W szabály azt javasolja, hogy két egymást követő nyomvonal közötti minimális távolságnak legalább háromszorosának kell lennie a szélességüknek. Ez hatékony a kapacitív csatolás ellen, és csökkenti a szomszédos párhuzamos nyomvonalak közötti keresztbeszólásokat.
A4: Ez a pár két párhuzamos nyomvonalat tartalmaz, de a jelek ezekben a párokban fordított irányúak. A zaj továbbra is előfordulhat mindkét nyomvonalon, de a jelek ellentétes polaritása miatt kioltódik. Emiatt ez a technika nagyon hatékony az áthallások leküzdésében.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian