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Leiterplatte Blog - Crosstalk Messmethode für die Qualitätsprüfung von Leiterplatten

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Crosstalk Messmethode für die Qualitätsprüfung von Leiterplatten

2022-04-07
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Author:pcb

Mit zunehmender Geschwindigkeit des Betriebs digitaler Systeme in den Bereichen Kommunikation, Video, Vernetzung und Computertechnik, die Anforderungen an die Qualität Leiterplatten in solchen Systemen. Die frühen Leiterplatte Design konnte die Systemleistung und Arbeitsanforderungen angesichts steigender Signalfrequenz und Verkürzung der Impulsanstiegszeit nicht garantieren. Im aktuellen Leiterplatte Design, Wir müssen Übertragungsleitungstheorie verwenden, um die Leiterplatte and its components (edge Steckverbinder, Mikrostreifenlinien, and component sockets). Nur durch vollständiges Verständnis der Formen, Mechanismen und Folgen von Übersprechen auf der Leiterplatte, und den Einsatz entsprechender Technologien zur Unterdrückung, Können wir uns helfen, die Zuverlässigkeit des Systems einschließlich der Leiterplatte zu verbessern. Dieser Artikel konzentriert sich auf Leiterplatte Design, Es wird jedoch angenommen, dass der Inhalt, der in diesem Artikel diskutiert wird, auch in anderen Anwendungen nützlich sein wird, wie Kabel- und Steckverbinderkarakterisierung. PCB-Designer beschäftigen sich mit dem Phänomen des Übersprechens, da es Leistungsprobleme wie erhöhte Geräuschpegel verursachen kann, unerwünschte Spitzen, Jitter an Datenrändern, und unerwartete Signalreflexionen. Welche dieser Probleme das PCB-Design beeinflussen, hängt von vielen Faktoren ab, wie die Eigenschaften der auf der Platine verwendeten Logikschaltungen, das Design der Tafel, the mode of crosstalk (reverse or forward), und die Interferenzleitung und die Interferenzleitung. Abschluss auf beiden Seiten des Drahtes. Die folgenden Informationen können den Lesern helfen, ihr Verständnis und ihre Forschung zu Crosstalk zu verbessern., Dadurch wird die Auswirkung von Übersprechen auf Konstruktionen reduziert.

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Methods of studying crosstalk
In order to minimize crosstalk in Leiterplatte Design, Wir müssen ein Gleichgewicht zwischen kapazitivem und induktivem Reaktanz finden, und streben danach, den Nennimpedanzwert zu erreichen, weil die Herstellbarkeit der Leiterplatte erfordert eine gute Kontrolle der Impedanz der Übertragungsleitung. Nachdem ein LeiterplattenDesign abgeschlossen ist, die Komponenten, connectors, Die Anschlüsse auf der Platine bestimmen, wie stark sich die Art des Übersprechens auf die Schaltungsleistung auswirkt. Verwendung von Zeitbereichsmessungen, durch Berechnung der Eckfrequenz und Verständnis der Leiterplatte crosstalk (Crosstalk-on-Leiterplatte) model, Es kann Designern helfen, die Grenzen der Übersprechenanalyse zu setzen.

Time Domain Measurement Methods
To measure and analyze crosstalk, Frequenzbereichstechniken können verwendet werden, um die Beziehung zwischen den harmonischen Komponenten der Uhr im Frequenzspektrum und den EMI-Werten bei diesen harmonischen Frequenzen zu beobachten. Allerdings, the time domain measurement of digital signal edges (the time it takes to rise from 10% to 90% of the signal level) is also a means of measuring and analyzing crosstalk, Die Messung des Zeitbereichs hat folgende Vorteile: Geschwindigkeit, oder Anstiegszeit, ist ein direkter Hinweis darauf, wie hoch jede Frequenzkomponente im Signal ist. Daher, the signal speed (ie, rise time) defined by the signal edges can also help reveal the mechanism of crosstalk. Die Anstiegszeit kann direkt zur Berechnung der Eckfrequenz verwendet werden. Dieser Artikel beschreibt und misst Übersprechen mit der Anstiegszeit-Messmethode.

Knee frequency
To ensure reliable operation of a digital system, Der Konstrukteur muss die Leistung des Schaltungsdesigns unter der Eckfrequenz studieren und überprüfen. Frequenzbereichsanalyse digitaler Signale zeigt, dass Signale oberhalb der Kniefrequenz so abgeschwächt werden, dass sie keinen wesentlichen Einfluss auf Übersprechen haben, während Signale unterhalb der Kniefrequenz genügend Energie enthalten, um den Schaltungsbetrieb zu beeinflussen. Die Kniefrequenz wird berechnet durch: fknee bis 0.5/Trise

Leiterplatte crosstalk model
The models presented in this section provide a platform for the study of different forms of crosstalk and illustrate how the mutual impedance between two microstrip lines can cause crosstalk on a PCB. Die gegenseitige Impedanz ist gleichmäßig entlang der beiden Leiterbahnen verteilt. Crosstalk occurs when the digital gate hits a rising edge to the crosstalk line and propagates along the trace:
1) Both the mutual capacitance Cm and the mutual inductance Lm will couple or "crosstalk" a voltage to the adjacent disturbed line.
2) The crosstalk voltage appears on the disturbed line in the form of a narrow pulse whose width is equal to the rise time of the pulse on the disturbing line.
3) On the disturbed line, Der Übersprecheimpuls wird in zwei geteilt und beginnt sich dann in zwei entgegengesetzte Richtungen auszubreiten. Dies teilt das Übersprechen in zwei Teile auf: Vorwärtsübersprechen in Ausbreitungsrichtung des ursprünglichen Störimpulses und Rückwärtsübersprechen in entgegengesetzter Richtung zur Signalquelle.

Types of Crosstalk and Coupling Mechanisms
Based on the model discussed earlier, Der Kopplungsmechanismus des Übersprechens wird unten beschrieben und die beiden Arten des Übersprechens, vorwärts und rückwärts, werden diskutiert.
Interference mechanism caused by mutual capacitance in the circuit:
When the pulse on the disturbing line reaches the capacitor, Ein schmaler Impuls wird durch den Kondensator an die gestörte Leitung gekoppelt. Die Amplitude des gekoppelten Pulses wird durch die Größe der gegenseitigen Kapazität bestimmt. Der gekoppelte Impuls teilt sich dann in zwei Teile und beginnt sich entlang der gestörten Linie in zwei entgegengesetzte Richtungen auszubreiten.

Inductive or Transformer Coupling Mechanisms
Mutual inductance in a circuit can cause disturbances such that a pulse propagating on the disturbance wire will charge the next location where the current spike is present. Diese Stromspitze erzeugt ein Magnetfeld, die dann eine Stromspitze auf dem gestörten Draht induziert. Der Transformator erzeugt zwei Spannungsspitzen entgegengesetzter Polarität auf der gestörten Leitung: der negative Spike breitet sich vorwärts aus, und die positive Spitze breitet sich rückwärts aus.

reverse crosstalk
The capacitively and inductively coupled crosstalk voltages caused by the above model have an additive effect at the crosstalk location of the disturbed wire. Das resultierende umgekehrte Übersprechen hat folgende Eigenschaften: Das umgekehrte Übersprechen ist die Summe von zwei Pulsen gleicher Polarität. Da sich die Übersprechenposition mit der Kante des Störimpulses ausbreitet, die Rückwärtsstörung erscheint als eine niedrige, Breites Impulssignal am Quellende der gestörten Leitung, und seine Breite entspricht der Länge der Spur. Die reflektierte Übersprechergröße ist unabhängig von der Störimpulsanstiegszeit, hängt aber vom gegenseitigen Impedanzwert ab.

forward crosstalk
To reiterate, Kapazitiv und induktiv gekoppelte Übersprechenspannungen sammeln sich an der Übersprecherposition der Opferleitung an. Vorwärts Übersprechen enthält einige der folgenden Eigenschaften: Vorwärts Übersprechen ist die Summe zweier Umkehrpolaritätsimpulse. Weil die Polaritäten umgekehrt sind, Die Ergebnisse hängen von den relativen Werten der Kapazität und Induktivität ab. Vorwärts Übersprechen erscheint am Ende der Opferlinie als schmaler Spike mit einer Breite gleich der Anstiegszeit des Aggressorpulses. Vorwärtsübersprechen hängt von der Anstiegszeit des Störimpulses ab. Je schneller die steigende Kante, Je höher die Amplitude und desto schmaler die Breite. Die Größe des Vorwärtsübersprechens hängt auch von der Paarlänge ab: da sich die Übersprechenposition entlang der Kante des Aggressorpulses ausbreitet, Der Vorwärtsübersprachimpuls auf dem Opferdraht gewinnt mehr Energie.

Instruments and Setup
To effectively measure crosstalk in the laboratory, Es sollte ein Breitband-Oszilloskop mit einer Messbandbreite von 20 GHz verwendet werden, und die zu prüfende Schaltung sollte von einem hochwertigen Impulsgenerator angetrieben werden, der einen Impuls mit einer Anstiegszeit ausgibt, die der Anstiegszeit des Oszilloskops entspricht. Zur gleichen Zeit, hochwertige Kabel, Abschlusswiderstände und Adapter werden verwendet, um die zu testende Leiterplatte anzuschließen. Ein TDR-Schrittspannungsgenerator, der schmale Impulse von 250mv mit einer Anstiegszeit von 17ps und Ausgang mit einer Quellimpedanz von 50 Ohms erzeugen kann. Der Tester muss nur die zu testende Leiterplatte anschließen.

Forward Crosstalk Measurement
If only measuring forward crosstalk, Beenden Sie alle Spuren, um Reflexionen zu beseitigen. Vorwärtsübersprechen sollte am Ende eines gut beendeten Opferdrahts gemessen werden. Der Instrumentenaufbau ist in Abbildung 6 dargestellt.

The effect of circuit design on crosstalk
Although crosstalk can be reduced and its effects attenuated or eliminated through careful Leiterplatte design, Es kann immer noch ein bisschen Übersprechen auf dem Board sein. Daher, bei der Gestaltung der Schaltung, Es sollte auch eine angemessene Leitungsendlast verwendet werden, weil die Leitungsende Last die Größe des Übersprechens und den Schwächungsgrad des Übersprechens im Laufe der Zeit beeinflusst. Wie End-of-Line-Lasten am Ende einer Leiterbahn und am Ausgang eines Logikgatters Übersprechen dämpfen und deren Ursachen reduzieren.