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PropiedadeS: en Circuito de alta frecuencia,Crosstalk Probablemente el más difícil de entender y predecir, Pero puede ser controlado o incluso eliminado.
Con el aumento de la velocidad de conmutación, los sistemas digitales modernos se enfrentan a una serie de problemas, como la reflexión de la señal, el desvanecimiento retardado, la conversación cruzada y las fallas de compatibilidad electromagnética. Cuando el tiempo de conmutación del circuito integrado disminuye a 5. nanosegundos o 4 nanosegundos o menos, las características inherentes de la propia placa de circuito impreso comienzan a aparecer. Lamentablemente, estas características son perjudiciales y deben evitarse en la medida de lo posible en el proceso de diseño. En los circuitos de alta frecuencia, la conversación cruzada puede ser la más difícil de entender y predecir, pero puede ser controlada o incluso eliminada.
¿1.. Cuál es la razón de la conversación cruzada?
Cuando la señal se propaga a lo largo del cableado de la placa de circuito impreso, sus ondas electromagnéticas también se propagan a lo largo del cableado de un extremo del chip IC al otro extremo del circuito. Durante la propagación, las ondas electromagnéticas generan tensión transitoria y corriente debido a la inducción electromagnética.
Las ondas electromagnéticas incluyen campos eléctricos y magnéticos que varían con el tiempo. En el interior Este printed circuit Tabla, De hecho,, El campo electromagnético no se limita a todo tipo de cableado, Una parte considerable de la energía electromagnética existe fuera del cableado. Por consiguiente,, Si hay otras líneas cerca, Cuando la señal viaja a lo largo del cable, Sus campos eléctricos y magnéticos afectarán a otras líneas. De acuerdo con la ecuación de Maxwell, El campo eléctrico y el campo magnético dependientes del tiempo causarán tensión y corriente en los conductores adyacentes. Por consiguiente,, El campo electromagnético que acompaña a la propagación de la señal causará que las líneas adyacentes generen la señal, Esto conduce a Crosstalk.
En una placa de circuito impreso, el circuito que causa la conversación cruzada se llama a menudo "intruso". El circuito que recibe la conversación cruzada se llama a menudo "víctima". Las señales de Crosstalk en cualquier "víctima" pueden dividirse en señales de Crosstalk hacia adelante y señales de Crosstalk hacia atrás, que son causadas en parte por acoplamiento capacitivo e inductivo. La descripción matemática de las señales de Crosstalk es muy compleja, pero al igual que los barcos de alta velocidad en el lago, algunas características cuantitativas de las señales de Crosstalk hacia adelante y hacia atrás todavía pueden ser entendidas.
Los buques de alta velocidad tienen dos efectos en el agua. En primer lugar, las olas se agitan en la proa del barco, y las ondas de arco parecen moverse hacia adelante con el barco; En segundo lugar, cuando el barco se mueve durante algún tiempo, deja un largo rastro de agua.
Esto es muy similar a la respuesta de la "víctima" cuando la señal pasa a través del "intruso". Hay dos tipos de señales de conversación cruzada en la víctima: la señal de avance antes de la señal de intrusión, como el agua en la proa y las ondas; La señal inversa detrás de la señal de intrusión es como un rastro de agua en un lago después de que un barco se ha ido.
2.. Características capacitivas de la conversación cruzada hacia adelante
La conversación cruzada hacia adelante se caracteriza por dos características interrelacionadas: capacitiva y perceptiva. Cuando la señal de "invasión" avanza, se genera una señal de tensión de fase en la "víctima". La señal tiene la misma velocidad que la señal de intrusión, pero siempre antes de la intrusión. Esto significa que la señal de conversación cruzada no se propaga por adelantado, sino que se acopla a más energía a la misma velocidad que la señal de "intrusión".
Debido a que el cambio de la señal de "invasión" conduce a la señal de conversación cruzada, el pulso de conversación cruzada hacia adelante no es unipolar, sino que tiene polaridad positiva y negativa. La duración del pulso es igual al tiempo de conmutación de la señal de intrusión.
La Capacitancia de acoplamiento entre los cables determina la amplitud del pulso de conversación cruzada hacia adelante. La Capacitancia de acoplamiento está determinada por muchos factores, como el material de la placa de circuito impreso, el tamaño geométrico, la posición en la que se cruzan los cables, etc. la amplitud es proporcional a la distancia entre las líneas paralelas: cuanto más larga es la distancia, Cuanto mayor sea el pulso de conversación cruzada. Sin embargo, la amplitud del pulso de conversación cruzada tiene un límite superior, ya que la señal de "invasión" pierde energía gradualmente, y la "víctima" a su vez se acopla de nuevo al "intruso". Características de Inductancia de la conversación cruzada hacia adelante
Cuando la señal de "intrusión" se propaga, el campo magnético variable en el tiempo también produce Crosstalk: Crosstalk delantero con características inductivas. Sin embargo, la conversación cruzada percibida y la conversación cruzada capacitiva son obviamente diferentes: la polaridad de la conversación cruzada percibida hacia adelante es opuesta a la de la conversación cruzada capacitiva hacia adelante. Esto se debe a que, hacia arriba, la Capacitancia y la parte perceptiva de la conversación cruzada compiten entre sí y se cancelan mutuamente. De hecho, no hay comentarios positivos cuando los comentarios capacitivos positivos son iguales a los comentarios perceptivos.
En muchos dispositivos, la conversación cruzada hacia adelante es muy pequeña, y la conversación cruzada hacia atrás se convierte en un problem a importante, especialmente para circuitos de banda larga, debido a la mejora del acoplamiento capacitivo. Sin embargo, sin simulación, es prácticamente imposible saber en qué medida se cancelan las conversaciones cruzadas perceptivas y capacitivas.
Si se mide la conversación cruzada hacia adelante, se puede determinar si la trayectoria está acoplada capacitivamente o inductivamente de acuerdo con su polaridad. Si la polaridad de la conversación cruzada es la misma que la señal de "intrusión", entonces el acoplamiento capacitivo prevalecerá, de lo contrario el acoplamiento inductivo prevalecerá. En una placa de circuito impreso, el acoplamiento inductivo es generalmente más fuerte.
La teoría física de la conversación cruzada inversa es la misma que la conversación cruzada hacia adelante: el campo eléctrico variable en el tiempo y el campo magnético de la señal de intrusión producen señales de detección y Capacitancia en la víctima. Pero también hay diferencias entre ellos.
La mayor diferencia es la duración de la señal de conversación cruzada inversa. Debido a que la dirección de propagación y la velocidad de la señal de Crosstalk hacia adelante y la señal de "invasión" son las mismas, la duración de la Crosstalk hacia adelante es la misma que la de la señal de "invasión". Sin embargo, las señales de conversación cruzada inversa y "intrusión" se propagan en la dirección opuesta, retrasando la señal de "intrusión" y causando una larga serie de pulsos.
A diferencia de la conversación cruzada hacia adelante, la amplitud del pulso de conversación cruzada hacia atrás es independiente de la longitud de la línea, y la duración del pulso es el doble del tiempo de retardo de la señal de intrusión. ¿Por qué? Supongamos que usted mira la conversación cruzada inversa desde el principio de la señal. Cuando la señal de "intrusión" está lejos del punto de partida, todavía genera un pulso inverso hasta que aparece otra señal de retardo. Por lo tanto, toda la duración del pulso de conversación cruzada inversa es el doble del tiempo de retardo de la señal de "intrusión".
3.. Reflexión sobre la conversación cruzada inversa
Puede que no le importe la interferencia cruzada entre el chip controlador y el chip receptor. ¿Sin embargo, por qué preocuparse por el pulso inverso? Debido a que el chip controlador es típicamente una salida de baja impedancia, refleja más señales de conversación cruzada de las que absorbe. Cuando la señal de conversación cruzada inversa llega al chip conductor de la víctima, se refleja en el chip receptor. Debido a que la resistencia de salida del chip conductor es generalmente menor que la del propio cable, la señal de conversación cruzada a menudo se refleja.
A diferencia de la Inductancia y la Capacitancia, la señal de conversación cruzada inversa sólo tiene una polaridad, por lo que la conversación cruzada inversa no puede ser cancelada. La Polaridad de la señal de Crosstalk inversa y la señal de Crosstalk reflejada es la misma que la señal de "invasión", y su amplitud es la suma de dos partes.
Recuerde que cuando mide el pulso de conversación cruzada inversa en el receptor de la víctima, la señal de conversación cruzada ha sido reflejada por el chip de controlador de la víctima. Usted puede observar que la polaridad de la señal de conversación cruzada inversa es opuesta a la señal de "intrusión".
En el diseño numérico, a menudo se preocupan por algunas métricas cuantitativas. Por ejemplo, independientemente de cómo y cuándo se produzca la conversación cruzada, hacia adelante o hacia atrás, la tolerancia máxima al ruido es de 150 MV. ¿Hay una manera sencilla de medir con precisión el ruido? La respuesta simple es "no", porque el efecto electromagnético es demasiado complejo, involucrando una serie de ecuaciones, topología de Circuito, características analógicas del chip, etc.
4. Longitud de la línea
Muchos diseñadores creen que reducir la longitud de la línea es la clave para reducir la conversación cruzada. De hecho, casi todos los programas de diseño de circuitos proporcionan la función de control de la longitud máxima de la línea paralela. Desafortunadamente, es difícil reducir la conversación cruzada simplemente cambiando los valores geométricos.
Debido a que la conversación cruzada hacia adelante se ve afectada por la longitud de acoplamiento, cuando la longitud de la línea sin relación de acoplamiento se acorta, la conversación cruzada casi no se reduce. Además, la relación lineal entre la longitud del acoplamiento y el Crosstalk delantero alcanzará un valor de saturación si la longitud del acoplamiento supera el retardo de tiempo de descenso o aumento del chip conductor. En este punto, acortar las líneas de acoplamiento que ya son largas tiene poco efecto en la reducción de la conversación cruzada.
Un método razonable es ampliar la distancia entre las líneas de acoplamiento. En casi todos los casos, la separación de la línea de acoplamiento puede reducir en gran medida la interferencia cruzada. Se ha demostrado que la amplitud de la conversación cruzada inversa es aproximadamente inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las líneas de acoplamiento, es decir, si la distancia se duplica, la conversación cruzada se reducirá en tres cuartas partes. Este efecto es más pronunciado cuando la conversación cruzada inversa es dominante.
5. Eliminación de comentarios cruzados
Desde un punto de vista práctico, la cuestión más importante es cómo eliminar la conversación cruzada. ¿Qué se debe hacer cuando la conversación cruzada afecta las características del circuito?
Usted puede tomar las siguientes dos estrategias. Un método consiste en cambiar uno o más parámetros geométricos que afectan al acoplamiento, como la longitud de la línea, la distancia entre líneas y la posición jerárquica de la placa de circuito. Otro método es utilizar terminales para convertir una sola línea en una línea de acoplamiento multicanal. A través de un diseño razonable, el terminal multi - cable puede eliminar la mayoría de las conversaciones cruzadas.
6. Dificultades de aislamiento
No es fácil aumentar la distancia entre las líneas de acoplamiento. Si su línea es muy densa, Usted debe gastar mucho esfuerzo en reducir la densidad de cableado. If you are worried Así que...bre Crosstalk Interferencia, Puede añadir una o dos capas de aislamiento. If you have to expand the Espaciamiento lineal or networks, then you'd better have a software Eso es easy to operate. Este width and thickness of the circuit also affect the Crosstalk Interferencia, Pero its influence is much smaller than the distance factor of the circuit. Por consiguiente,, Estos dos parámetros generalmente rara vez se ajustan.
Debido a que el material aislante de la placa de circuito tiene constante dieléctrica, también puede producir Capacitancia de acoplamiento entre líneas, por lo que la reducción de la constante dieléctrica también puede reducir la interferencia cruzada. Este efecto no es muy obvio, especialmente la parte dieléctrica del circuito MICROSTRIP ya es aire. Lo que es más importante, cambiar la constante dieléctrica no es fácil, especialmente en equipos caros. La solución es utilizar materiales más caros en lugar de FR - 4.
El espesor del material dieléctrico influye en la interferencia de conversación cruzada en una gran longitud. En general, la proximidad de la capa de cableado a la capa de alimentación (VCC o puesta a tierra) puede reducir la interferencia de conversación cruzada. El valor exacto de la mejora debe determinarse mediante simulación.
7. Factores de estratificación
Some printed circuit Tabla Diseñador Todavía no se presta atención al método de estratificación, Este es un gran error en el diseño de circuitos de alta velocidad. La estratificación no sólo afecta al rendimiento de la línea de transmisión, Impedancia, por ejemplo, Retraso y acoplamiento, Y el funcionamiento del circuito es fácil de fallar o incluso cambiar. Por ejemplo:, La reducción es imposible Crosstalk Interferencia by reducing the dielectric thickness of 5mil, Aunque se puede hacer en términos de costos y procesos.
Otro factor fácil de ignorar es la selección de capas. En muchos casos, la conversación cruzada hacia adelante es la principal interferencia cruzada en el circuito MICROSTRIP. Sin embargo, si el diseño es razonable, la capa de cableado se encuentra entre las dos capas de potencia, lo que hace que el acoplamiento capacitivo y el acoplamiento inductivo estén bien equilibrados, y la conversación cruzada inversa de baja amplitud se convierte en el factor principal. Por lo tanto, durante la simulación, usted debe tener cuidado con qué interferencia cruzada prevalece.
La relación de posición entre el cableado y el chip también influye en la conversación cruzada. Debido a que la conversación cruzada inversa llega al chip receptor y se refleja en el chip controlador, la posición y el rendimiento del chip controlador son muy importantes. Debido a la complejidad de la topología, la reflexión y otros factores, es difícil explicar quién se ve afectado principalmente por la conversación cruzada. Si hay varias topologías para elegir, es mejor utilizar la simulación para determinar qué estructura tiene el menor impacto en la conversación cruzada.
Los factores no geométricos que pueden reducir la conversación cruzada son las especificaciones técnicas del propio chip conductor. El principio general es elegir un chip de controlador con un largo tiempo de conmutación para reducir la interferencia cruzada (también para muchos otros problemas causados por la alta velocidad). Incluso si la conversación cruzada no es estrictamente proporcional al tiempo de conmutación, la reducción del tiempo de conmutación tendrá un impacto significativo. En muchos casos, no puede seleccionar la tecnología driver - chip, sólo puede cambiar los parámetros geométricos para lograr sus objetivos. Reducir la conversación cruzada a través de terminales
Es bien sabido que la reflexión no se produce si un terminal de línea de transmisión independiente y no acoplado está conectado para que coincida con la impedancia. Ahora considere una serie de líneas de transmisión acopladas, por ejemplo, tres líneas de transmisión que hablan entre sí, o un par de líneas de transmisión acopladas. Si se utiliza el software de análisis de circuitos, se puede derivar un par de matrices que representan la propia línea de transmisión y la Capacitancia e Inductancia entre sí. Por ejemplo, las tres líneas de transmisión pueden tener las siguientes matrices C y L:
En estas matrices, el elemento diagonal es el valor de la propia línea de transmisión, mientras que el elemento no diagonal es el valor entre las líneas de transmisión. (tenga en cuenta que están representados por unidades de longitud PF y NH). Estos valores se pueden determinar utilizando un complejo probador de campo electromagnético.
Se puede ver que cada línea de transmisión también tiene una matriz de impedancia característica. En esta matriz Z0, el elemento diagonal representa el valor de impedancia de la línea de transmisión al suelo, mientras que el elemento no diagonal es el valor de acoplamiento de la línea de transmisión.
Para un conjunto de líneas de transmisión, similar a una sola línea de transmisión, la matriz es casi la misma si el terminal es una matriz de impedancia que coincide con Z0. Mientras la red de impedancia formada coincida con Z0, la impedancia requerida no tiene que ser el valor en Z0. La matriz de impedancia incluye no sólo la Impedancia de la línea de transmisión a la tierra, sino también la impedancia entre las líneas de transmisión.
Esta matriz de impedancia tiene buenas características. En primer lugar, evita la reflexión cruzada en líneas no acopladas. Lo que es más importante, elimina las conversaciones cruzadas que se han formado.
8. Armas letales
Desafortunadamente, estos terminales son caros y no pueden ser implementados idealmente, ya que la Impedancia de acoplamiento entre algunas líneas de transmisión es demasiado pequeña, lo que resulta en una gran corriente en el chip conductor. La impedancia entre la línea de transmisión y el suelo no debe ser demasiado grande para conducir el chip. Si usted tiene estos problemas y planea utilizar este tipo de terminal, trate de añadir algunos condensadores de acoplamiento AC.
A pesar de algunas dificultades en la aplicación, the impedance array terminal is still a lethal weapon to deal with Señal Reflexión y conversación cruzada, Especialmente en malas condiciones. En otros entornos, Puede o no funcionar, Pero este sigue siendo un enfoque recomendado.
