Data PCB - Penyelidikan Analisi dan Kawalan Crosstalk dalam Rancangan Papan PCB Kelajuan Tinggi

Dalam pembangunan cepat hari ini Papan PCB medan desain, kelajuan tinggi dan miniaturisasi telah menjadi trend. Bagaimana untuk menyimpan dan meningkatkan kelajuan dan prestasi sistem sementara mengurangkan saiz sistem elektronik telah menjadi isu penting bagi perancang. Teknologi EDA telah mengembangkan set lengkap alat analisis desain dan metodologi untuk PCB kelajuan tinggi dan sistem aras papan, teknologi ini meliputi semua aspek analisis rancangan sirkuit kelajuan tinggi: analisis masa statik, analisis integriti isyarat, EMI/Ralat EMC, analisis lompatan tanah, analisis kuasa, dan penghala kelajuan tinggi. Pada masa yang sama, ia juga termasuk pengesahan integriti isyarat dan tanda-off, desain pengesan ruang, rancangan sambungan, sintesis sambungan terhalang oleh peraturan elektrik, dan cadangan kaedah teknikal seperti sistem juga memberikan kemungkinan untuk menyelesaikan masalah integriti isyarat dengan lebih efektif dan lebih baik. Di sini, kita akan membincangkan kaedah untuk menganalisis sambungan isyarat dalam masalah integriti isyarat dan kawalannya.

1. Mekanisme generasi isyarat salib

Crosstalk bermakna apabila isyarat dihantar pada saluran pemindahan, ia mempunyai kesan tidak diinginkan pada garis pemindahan bersebelahan disebabkan sambungan elektromagnetik, dan tekanan sambungan dan arus sambungan tertentu akan disuntik ke dalam isyarat terganggu. Percakapan salib berlebihan boleh menyebabkan pemicuan palsu sirkuit, yang menyebabkan sistem tidak berfungsi dengan betul. Dalam sirkuit yang dipaparkan dalam Gambar 1, pintu antara AB dipanggil Garis Pengagresor, dan pintu antara CD dipanggil Garis Korban. Segera setelah penyerang mengubah keadaan, kita boleh perhatikan percakapan tekanan pada mangsa. Pemindahan isyarat pada saluran pemindahan menyebabkan dua jenis isyarat bunyi yang berbeza pada garis pemindahan bersebelahan: isyarat tersambung secara kapasitif dan isyarat tersambung secara induktif. Penyambungan kapasitif adalah gangguan elektromagnetik disebabkan oleh perubahan tenaga (Vs) pada sumber gangguan (Aggressor) pada objek terganggu (Victim) menyebabkan arus induk (i) melewati kapasitas Cm, sementara sambungan induk disebabkan sumber gangguan. Medan magnetik yang dijana oleh perubahan semasa (Is) menyebabkan gangguan elektromagnetik disebabkan oleh tegangan induksi (V) pada objek yang mengganggu melalui induksi bersama (Lm).

2. Kesan aliran semasa pada percakapan salib

Crosstalk adalah arah, dan bentuk gelombang adalah fungsi arah semasa. Di sini kita melihat simulasi isyarat dalam dua kes. Kasus pertama ialah bahawa arus jaringan wayar sumber gangguan dan jaringan wayar objek gangguan berada dalam arah yang sama, Dan kes kedua ialah bahawa arus mata wayar sumber gangguan dan mata wayar objek gangguan berada dalam arah bertentangan (iaitu, yang ditempatkan di titik B ialah sumber memandu, dan yang ditempatkan di titik A ialah sumber memandu. titik ialah muatan). Kedua-dua rangkaian garis AB dan CD ditambah dengan isyarat 20MHz. Ia boleh dilihat dari hasil simulasi bahawa nilai puncak bagi salib hujung jauh (357.6 mm) apabila aliran semasa berada dalam arah bertentangan lebih besar daripada nilai puncak bagi salib hujung jauh (260.5 mm) apabila aliran semasa berada dalam arah yang sama. Pada masa yang sama, ia boleh dilihat dari Figur 4 bahawa apabila aliran semasa pengganggu berubah, polariti salib sumber terganggu juga berubah. Ini menunjukkan bahawa ukuran dan polaritas perbualan salib berkaitan dengan aliran semasa isyarat pada sumber gangguan yang sepadan. Percakapan salib hujung jauh di titik D secara umum lebih besar daripada yang di titik akhir dekat C. Oleh itu, dalam penindasan salib, percakapan salib hujung jauh di titik D biasanya digunakan sebagai faktor kunci untuk dipertimbangkan apabila memeriksa tegangan salib puncak rangkaian garis.

3. Frekuensi sumber isyarat dan kadar pusingan pinggir

Semakin tinggi frekuensi isyarat pengganggu, semakin besar amplitude percakapan salib pada objek terganggu. Kami simulasikan perbualan salib pada objek terganggu apabila frekuensi isyarat f1 pada rangkaian pengganggu AB dalam Figur 1 mengambil nilai frekuensi yang berbeza, berdasarkan. Untuk bentuk gelombang salib apabila frekuensi isyarat berbeza, frekuensi bentuk gelombang yang dinyatakan oleh panah yang ditandai "1" dan "2" adalah "500MHz" dan "100MHz" respectively. Ia boleh dilihat dari hasil simulasi bahawa tekanan salib pada objek terganggu adalah proporsional dengan frekuensi isyarat sumber terganggu. Apabila frekuensi sumber gangguan lebih besar dari 100MHz, tindakan yang diperlukan mesti diambil untuk menekan perbualan salib. Pada masa yang sama, ia juga boleh dilihat dari Figur 5 bahawa apabila frekuensi sumber gangguan adalah sebanyak 500MHz, jelas bahawa perbualan salib titik akhir dekat C objek gangguan adalah lebih besar daripada perbualan salib titik akhir jauh D, yang menunjukkan bahawa pasangan kapasitif telah melebihi pasangan induktif dan telah menjadi faktor gangguan utama. Dalam kes ini, bukan sahaja persimpangan akhir jauh mesti dikendalikan dengan baik, tetapi juga persimpangan akhir dekat, yang sering dilupakan, mesti dikendalikan dengan berhati-hati. Selain itu, mari kita analisis faktor lain yang mempunyai pengaruh besar pada perbualan salib, iaitu kadar balik pinggir isyarat. tepi) mempunyai kesan yang lebih besar pada percakapan salib, dan semakin cepat pinggir berubah, semakin besar percakapan salib. Oleh kerana peranti dengan kadar penukaran pinggir besar semakin luas digunakan dalam desain sirkuit digital kelajuan tinggi modern, peranti tersebut, walaupun frekuensi isyarat mereka tidak tinggi, patut dijalankan dengan hati-hati untuk mencegah saling bercakap yang berlebihan daripada dijana.

4. Kesan ruang garis P dan panjang selari L bagi dua garis pada saiz perbualan salib

Dalam syarat jarak diantara dua garis dan panjang selari tidak berubah, percakapan salib objek untuk mengganggu (ditandai dengan "1") dikesan; kes kedua adalah untuk meningkatkan jarak antara dua garis kepada 10 mil di bawah premis bahawa panjang selari dua garis tidak berubah. Kemudian mengesan tanda salib "2" bagi objek yang terganggu; kes ketiga ialah untuk meningkatkan panjang selari dua garis ke tanda "3" 2.6 inci di bawah syarat jarak antara kedua garis tidak berubah dan kemudian mengesan salib objek terganggu. Ia boleh dilihat dari hasil simulasi bahawa apabila jarak antara dua garis ditambah (P berubah dari 5mils ke 10mils), perbualan salib dikurangi secara signifikan, dan apabila panjang selari dua garis dipenjarakan (L berubah dari 1.3 inci ke 2.6 inci), perbualan salib bertambah signifikan. Ia boleh dilihat dari ini bahawa ukuran tekanan bercakap salib adalah secara terbaliknya proporsional dengan jarak antara dua garis dan proporsional dengan panjang paralel dua garis, tetapi ia tidak lengkap hubungan berbilang. Apabila ruang kabel kecil atau densiti kabel besar, apabila kabel dalam sirkuit kelajuan tinggi sebenar, untuk mencegah salib berbincang garis isyarat frekuensi tinggi ke garis isyarat sebelah, yang boleh menyebabkan pemicuan palsu aras gerbang, sumber kabel membenarkan Dalam syarat tertentu, Penjarakan garis (kecuali garis berbeza) patut dibuka sebaik mungkin dan panjang selari dua garis isyarat atau lebih patut dikurangi. , yang tidak hanya boleh menyimpan sumber kawat tegang tetapi juga secara efektif menekan percakapan salib.

5. Kesan pesawat tanah pada percakapan salib

Papan PCB berbilang lapisan biasanya mengandungi beberapa lapisan isyarat dan beberapa lapisan kuasa, dan lapisan isyarat berbilang dan lapisan kuasa dikumpulkan untuk membentuk garis penghantaran microstrip piawai dan garis penghantaran strip. Secara umum terdapat lapisan bekalan kuasa bersebelahan dengan garis penghantaran microstrip dan garis penghantaran strip, dan lapisan isyarat yang sepadan dan lapisan bekalan kuasa dipenuhi dengan dielektrik. Ketempatan lapisan dielektrik ini adalah faktor penting yang mempengaruhi keterlaluan karakteristik garis penghantaran. Apabila ia menjadi lebih tebal, keterlaluan karakteristik garis penghantaran menjadi lebih besar, dan apabila ia menjadi lebih tipis, keterlaluan karakteristik garis penghantaran menjadi lebih kecil. Ketempatan lapisan dielektrik antara garis pemancaran dan pesawat tanah mempunyai pengaruh besar pada perbualan salib. Untuk struktur kawat yang sama, apabila tebal lapisan dielektrik dipandang, perbualan salib meningkat secara signifikan. Pada masa yang sama, untuk tebal sama lapisan dielektrik, saling bercakap garis penghantaran jalur lebih kecil daripada garis penghantaran jalur mikro. Ia boleh dilihat bahawa pengaruh pesawat tanah pada garis penghantaran struktur berbeza juga berbeza. Oleh itu, dalam laluan PCB kelajuan tinggi, menggunakan garis penghantaran garis boleh mencapai penindasan salib yang lebih baik daripada menggunakan penghantaran microstrip.

6. Kawalan perbualan salib

Ia mustahil untuk menghapuskan percakapan salib, kita hanya boleh mengawal perbualan salib dalam jangkauan yang boleh diterima. Oleh itu, we can take the following measures when designing the PCB: 1) If the wiring space allows, increase the distance between the lines; 2) When counting the layers, kurangkan jarak antara lapisan isyarat dan lapisan tanah di bawah syarat yang keperluan impedance dipenuhi. 3) Design key high-speed signals as differential line pairs, such as high-speed system clocks; 4) If two signal layers are adjacent, lakukan kabel dalam arah ortogonal untuk mengurangi bilangan lapisan antara lapisan. Coupling; 5) Design high-speed signal lines as strip lines or embedded microstrip lines; 6) When routing, kurangkan panjang garis selari, and can route in jog mode; 7) In the case of meeting system design requirements, cuba guna peranti kelajuan rendah pada Papan PCB.