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PCBボード品質検証のためのクロストーク測定法について
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PCBボード品質検証のためのクロストーク測定法について

PCBボード品質検証のためのクロストーク測定法について

2022-04-07
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Author:ipcb

通信分野におけるディジタルシステムの高速化, ビデオ, ネットワークとコンピュータ技術, 品質の要求 プリント回路基板 そのようなシステムでも増加している. 初期 PCBボード 設計は、信号周波数の増加とパルス立ち上がり時間の短縮に直面して、システム性能および作業要件を保証することができなかった. 現在 PCBボード デザイン, 私たちは、伝送線理論を PCBボードと電子部品 (エッジ、コネクタ, マイクロストリップ線路,電子部品ソケット). フォームを完全に理解するだけで, PCB上のクロストークのメカニズムと結果, そして、それを抑制するために対応する技術を使用する, PCBを含むシステムの信頼性を向上させることができますか. この記事は PCBボード デザイン, しかし、この記事で議論される内容がケーブルやコネクタの特性化などの他のアプリケーションでも役に立つと信じられています. PCB設計者は、ノイズレベルの増加などの性能上の問題を引き起こす可能性があるので、クロストークの現象に関係している, 不必要なスパイク, データエッジ上のジッタ, 予期せぬ信号反射. これらの問題のどれがPCB設計に影響するかは、多くの要因に依存する, 基板に用いられる論理回路の特性など, 板の設計,クロストークのモード(逆または前方)。そして、干渉ラインと妨害される. ワイヤーの両側の終了. 下に提供される情報は、読者がクロストークに関する彼らの理解と研究を改善するのを助けることができます, これにより、設計上のクロストークの影響を低減する.

PCBボード

クロストークを研究する方法
PCBにおけるクロストークを最小化するために, 容量性と誘導性リアクタンスのバランスを見つけなければならない, そして、定格インピーダンス値を達成するよう努力する, の製造可能性 PCBボード 伝送線路インピーダンスを良好に制御する必要がある. 回路基板設計完了後, コンポーネント, コネクタ, そして、ボード上の終端は、回路性能に対するクロストークの種類がどれだけ影響を及ぼすかを決定する. 時間領域測定の使用, コーナー周波数を計算し、理解する PCBボードクロストーク (Crosstalk-on-PCBボード) モジュール, 設計者はクロストーク解析の境界を設定できる.

時間領域測定法
クロストークを分析するために、周波数領域技術は、周波数スペクトルのクロックの高調波成分とそれらの高調波周波数におけるEMI値との間の関係を観測するために使用することができる. しかし,デジタル信号エッジの時間領域測定(信号レベルの10 %から90 %までsstalkoutを上昇させる時間)は、クロストークを測定し、解析する手段でもある。また、時間領域の測定には以下の利点がある, または立ち上がり時間, は、各周波数成分がどれだけ高いかを示す信号である. したがって,信号エッジによって定義される信号速度(すなわち、立ち上がり時間)も、クロストークのメカニズムを明らかにするのを助けることができる。立ち上がり時間は、コーナーの周波数を計算するために直接使用することができます. 本論文では、立ち上がり時間測定方法を用いてクロストークを記述し、測定する.

ニー頻度
ディジタルシステムの信頼性の高い動作を保証する為に、設計者は、コーナー周波数以下の回路設計の性能を研究し検証する必要がある. ディジタル信号の周波数領域解析は、膝の周波数より上の信号が減衰され、クロストークに実質的な影響を与えないことを示す, ひざ周波数以下の信号は、回路動作に影響を与えるのに十分なエネルギーを含んでいる. 膝の周波数は以下で計算されます。.5/トリス

PCBボード クロストークモデル
このセクションで提示されたモデルはクロストークの異なる形態の研究のためのプラットフォームを提供し、2つのマイクロストリップ線路間の相互インピーダンスがPCB上のクロストークをどのように引き起こすかを示す。相互インピーダンスは2つのトレースに沿って均一に分布する. クロストークは、デジタルゲートがクロストークラインに立ち上がりエッジをヒットし、トレースに沿って伝搬するときに生じる:
1)相互キャパシタンスCmおよび相互インダクタンスLmの両方は、隣接する擾乱線16に電圧をカップルするかまたは「クロストーク」する.
2) このクロストーク電圧は、妨害線上のパルスの立ち上がり時間と等しい幅の狭いパルスの形で妨害されたラインに現れる.
3) 乱された線, クロストークパルスは2つに分割され、次いで2つの反対方向に伝搬する. これは、クロストークを2つの部分に分割する。すなわち、元の干渉パルスの伝搬方向に伝搬する順方向クロストークと、信号源14とは反対方向に伝搬する逆クロストークとがある.


クロストークと結合機構のタイプ
以前に議論されたモデルに基づいて、クロストークの結合メカニズムを以下に説明する, フォワードとリバース, 論じられる.
回路における相互キャパシタンスに起因する干渉メカニズム:
妨害ライン上のパルスがコンデンサに達するとき、狭いパルスは、コンデンサ18を介して妨害されたラインに結合される. 結合パルスの振幅は相互キャパシタンスの大きさによって決定される. 次いで、結合されたパルスは、2つに分割され、妨害されたライン12に沿って2つの反対方向に伝搬し始める.


誘導または変圧器結合機構
回路内の相互インダクタンスは、外乱ワイヤ上を伝搬するパルスが電流スパイクが存在する次の場所を充電するような外乱を引き起こすことがある。この電流スパイクは磁場を発生する, そうすると、それは、妨げられたワイヤ上の電流スパイクを誘発する. 変圧器は、妨害されたライン上で逆極性の2つの電圧スパイクを生成する, 正のスパイクは後方に伝播する.

逆クロストーク
上記モデルによって引き起こされる容量および誘導結合クロストーク電圧は、妨害されたワイヤのクロストーク位置に添加効果を有する。結果として生じる逆クロストークは以下の特性を有する。逆クロストークは同じ極性の2つのパルスの合計である. クロストーク位置は干渉パルスのエッジと共に伝搬するので, 逆干渉は低レベルとして現れる, 干渉線のソース端の広いパルス信号, 幅はトレースの長さに対応する. 反射されたクロストークの大きさは干渉ラインパルス立ち上がり時間とは無関係である, しかし相互インピーダンス値に依存する.

フォワードクロストーク
繰り返す容量および誘導結合クロストーク電圧は犠牲者ラインのクロストーク位置に蓄積される. 順方向クロストークは、次の特性のいくつかを含む. 極性が逆転するから, 結果はキャパシタンスとインダクタンスの相対値に依存する. 前方クロストークは、攻撃者パルスの立ち上がり時間と等しい幅を有する狭いスパイクとして犠牲者ラインの端部に現れる. 順方向クロストークは干渉パルスの立ち上がり時間に依存する. 立ち上がりが速い, 振幅が高くなり幅が狭くなる. 前方クロストークの大きさもまた、対長に依存する。クロストーク位置は、攻撃者のパルスのエッジに沿って伝搬するので, 犠牲者ワイヤーの前方のクロストークパルスは、より多くのエネルギーを得ます.

道具と設定
実験室でのクロストークを効果的に測定するために、測定帯域幅が20 GHzの広帯域オシロスコープを使用する, そして、試験中の回路は、オシロスコープの立ち上がり時間と等しい立ち上がり時間でパルスを出力する高品質のパルス発生器によって駆動されるべきである. 同時に, 高品質ケーブル, テスト中のPCBを接続するために終端抵抗器とアダプタを使用する. 立ち上がり時間が17 psであり、ソースインピーダンスが50オームで出力される250 mVの狭いパルスを発生できるTDRステップ電圧発生器. テスターは、テストされるPCBを接続するだけでよいです.

順方向クロストーク測定
前方クロストークを測定する場合のみ、反射を除くためにすべての跡を終了する. 良好な終端の犠牲者ワイヤーの端部で前方クロストークを測定する必要がある.

回路の効果デザイン クロストーク
クロストークを低減でき、その効果は慎重なPCBボード デザイン, まだボード上にいくつかの残留クロストークがあります. したがって, 回路設計, 適切なラインエンドロードを使用する必要があります, 線終端負荷は、時間にわたるクロストークのクロストークと弱化度の大きさに影響する. トレースの端部と論理ゲートの出力におけるライン負荷の終わりは、クロストークを減衰させ、その原因を減少させる.