電子設計 - いくつかのクロストーク問題における高速PCBボード設計

今日の急速に発展する電子設計分野で, 高速・小型化は設計の必然的な傾向となっている. 同時に, 信号周波数の増加などの要因, 回路基板の小型化, 配線密度の増加, そして、層の数の増加に起因する層の間の厚さの減少, 様々なシグナル完全性問題を引き起こす. したがって, 高速ボードレベルを設計するときの信号完全性問題を考慮する必要がある, 信号完全性理論, のデザインを確認し 高速PCBs. すべての信号完全性問題, クロストークは非常に一般的です. チップの内部に漏話が現れる, または回路基板上, コネクタ, チップパッケージ, ケーブル. 本論文では、信号クロストークの原因を解析する 高速PCB ボードデザイン, 抑制と改善の方法と同様に.

クロストークの発生

クロストークは、信号が伝送チャネル上で送信されるときに隣接する伝送線に対する電磁結合の影響を示す。過度のクロストークは、回路の誤トリガを引き起こし、システムが正常に動作しないようにする。

変化する信号（ステップ信号のような）は伝送線路に沿ってAからBまで伝搬し、結合された信号は伝送路CからDに生成される。変更された信号が安定したDCレベルに戻るとき、結合された信号はもはや存在しない。したがって、信号ホッピングの過程ではクロストークが発生し、信号が速くなるほどクロストークが発生する。クロストークは、キャパシタンス結合クロストーク（干渉源の電圧変化に起因して、妨害された物体の誘導電流が電磁干渉につながる）と誘導結合クロストーク（干渉源の電流変化に起因して、誘起された電圧が干渉された物体に誘起され、電磁干渉を引き起こす）に分割され得る。その中で、結合コンデンサにより生成されるクロストーク信号は、犠牲者ネットワーク上の順方向クロストークおよび逆クロストークSCに分割されることができ、これらの2つの信号は、同じ極性を有する結合インダクタによって生成されるクロストーク信号はまた、順方向クロストーク及び逆クロストークSLに分割され、2つの信号は逆極性を有する。

相互キャパシタンスと相互インダクタンスはクロストークに関係しているが，別々に考慮する必要がある。リターンパスが回路基板上の最も結合された伝送線路のような広い均一な平面であるとき、容量結合電流および誘導結合電流の量はほぼ同じである。このとき、両者間のクロストーク量を正確に予測しなければならない。並列信号の媒体が固定されている場合、すなわち、ストリップラインの場合、結合インダクタンスおよびコンデンサに起因する順方向クロストークは、ほぼ等しく、互いに相殺し、逆のクロストークのみを考慮する必要がある。平行信号の媒体が固定されていない場合、すなわちマイクロストリップ線路の場合、結合インダクタンスによる順方向クロストークは、平行長が増加するにつれて結合コンデンサによる順方向クロストークより大きくなる。したがって、内層の平行信号のクロストークは、表面層の方が大きい。並列信号のクロストークは小さい。

クロストークの解析と抑制

全体のプロセス 高速PCB デザインは、回路設計のようなステップを含みます, チップ選択, 概略設計, PCBレイアウト とルーティング. 異なるステップでクロストークを求め、干渉を低減するためにそれを抑制するための対策を講じる必要がある.

クロストークの計算

クロストークの計算は非常に困難である。クロストーク信号の振幅に影響する3つの主要な要因がある：トレース間の結合度、トレースの間隔、およびトレースの終了。前方及び戻り経路上のマイクロストリップ線路に沿った電流分布トレースと平面（またはトレースとトレースの間の電流）の間の電流分布は、一般的なインピーダンスであり、これは電流拡散による相互結合を引き起こし、ピーク電流密度はトレースの中心の直下にあり、トレースからは接地の方へ急速に崩壊の両側をトレースする。

トレースと飛行機の間の距離が遠く離れているとき, 前方と戻りのパスの間のループ領域が増加する, それで PCB回路基板 inductance, ループ面積に比例する, 増加. 次の式は、順方向電流及び戻り電流経路によって形成されるループインダクタンス全体を最小化する最適電流分布について記述する. それが示す電流はまた、信号トレース1の周りの磁場に蓄積された全エネルギーを最小化する.