Data PCB - Masalah Crosstalk dalam Rancangan Papan PCB Kelajuan Tinggi

Artikel ini akan menganalisis sebab percakapan salib isyarat dalam kelajuan tinggi Papan PCB desain, serta kaedah untuk menekan dan memperbaiki. Dalam medan desain elektronik yang sedang berkembang dengan cepat hari ini, kelajuan tinggi dan miniaturisasi telah menjadi perkembangan desain yang tidak dapat dihindari. Pada masa yang sama, faktor seperti peningkatan frekuensi isyarat, pengurangan saiz papan sirkuit, meningkat ketepatan kawat, dan pengurangan tebal antara lapisan disebabkan oleh peningkatan bilangan lapisan papan akan menyebabkan masalah integriti isyarat berbeza. Oleh itu, perlu mempertimbangkan masalah integriti isyarat bila merancang papan kelajuan tinggi, mengawal teori integriti isyarat, dan kemudian memimpin dan mengesahkan rancangan kelajuan tinggi Papan PCB. Di antara semua masalah integriti isyarat, percakapan salib sangat biasa. Crosstalk can occur inside chips, serta pada papan sirkuit, sambungan, pakej cip, dan kabel.

1. Generasi Papan PCB crosstalk

Crosstalk merujuk kepada pengaruh pada garis pemindahan bersebelahan disebabkan sambungan elektromagnetik apabila isyarat dihantar pada saluran pemindahan. Percakapan salib berlebihan boleh menyebabkan pemicuan palsu sirkuit, yang menyebabkan sistem tidak berfungsi dengan betul. Isyarat yang berubah (seperti isyarat langkah) bertambah dari A ke B sepanjang garis pemindahan, dan isyarat tersambung berlaku pada garis pemindahan C ke D. Apabila isyarat yang berubah kembali ke aras DC yang stabil, isyarat tersambung juga berhenti wujud. Oleh itu, percakapan salib hanya berlaku dalam proses lompatan isyarat, dan semakin cepat perubahan isyarat, semakin besar percakapan salib dijana. Crosstalk boleh dibahagi menjadi salib sambungan kapasitif (disebabkan perubahan tegangan sumber gangguan, arus induksi diinduksi pada objek untuk diganggu, menyebabkan gangguan elektromagnetik) dan salib sambungan induktif (disebabkan perubahan semasa sumber gangguan, tenaga disebabkan pada objek diganggu, dengan sebab itu menyebabkan gangguan elektromagnetik. menyebabkan gangguan elektromagnetik). Di antara mereka, isyarat salib yang dijana oleh kondensator sambungan boleh dibahagi menjadi salib depan dan salib balik Sc pada rangkaian mangsa, dan dua isyarat ini mempunyai polariti yang sama; isyarat percakapan salib yang dijana oleh induktor bersambung juga dibahagi ke percakapan salib maju dan percakapan salib balik Sc, dua isyarat mempunyai polariti bertentangan. Kedua-duanya kapasitas dan induktan saling berkaitan dengan percakapan saling, tetapi perlu dianggap secara terpisah. Apabila laluan kembali adalah pesawat yang luas, seragam, seperti kebanyakan garis transmisi terhubung pada papan sirkuit, jumlah kuasa dan kuasa sambungan induktif adalah kira-kira sama. At this time, it is necessary to predict the amount of crosstalk between the two. Jika media isyarat selari ditetapkan, iaitu, dalam kes garis garis garis, maka persimpangan depan disebabkan oleh induktansi dan kapasitasi terhubung adalah kira-kira sama dan membatalkan satu sama lain keluar, jadi hanya perlu mempertimbangkan persimpangan terbalik. Jika medium isyarat selari tidak ditetapkan, iaitu, dalam kes garis microstrip, salib depan disebabkan oleh induktan sambungan lebih besar daripada salib depan disebabkan oleh kapasitas sambungan dengan meningkat panjang selari, jadi salib isyarat selari dalaman lebih tinggi daripada lapisan permukaan. Percakapan salib isyarat selari adalah kecil.

2. Analisis dan penghalangan percakapan salib PCB

Seluruh proses desain papan PCB kelajuan tinggi termasuk langkah seperti desain sirkuit, pemilihan cip, desain skematik, bentangan papan PCB dan kabel. Semasa rancangan, perlu mencari perbualan salib dalam langkah yang berbeza dan mengambil tindakan untuk menekan ia untuk mencapai tujuan untuk mengurangi gangguan. .

3. Kalkulasi percakapan salib PCB

Pengiraan percakapan salib sangat sukar. There are three main factors that affect the amplitude of the crosstalk signal: the degree of coupling between traces, the spacing of traces, and the termination of traces. Distribusi semasa sepanjang jejak microstrip pada laluan depan dan balik dipaparkan dalam Figur 2. Distribusi semasa antara jejak dan kapal terbang (atau antara jejak dan jejak) adalah sambungan, yang akan menghasilkan sambungan antara satu sama lain disebabkan penyebaran semasa, - dengan densiti semasa puncak langsung di bawah tengah jejak dan dari jejak kedua-dua sisi pecah dengan cepat menuju tanah. Apabila jejak jauh dari pesawat, kawasan loop antara laluan depan dan kembali meningkat, meningkatkan induktansi sirkuit proporsional dengan kawasan loop. Persamaan berikut menggambarkan distribusi semasa yang mengakibatkan seluruh gelung yang dibentuk oleh laluan ke hadapan dan mengembalikan laluan semasa. Semasa yang ia gambarkan adalah juga jumlah tenaga yang disimpan dalam medan magnetik disekitar jejak isyarat.

4. Analisi percakapan salib PCB

Penggunaan alat EDA untuk simulasi perbualan salib papan PCB boleh dengan cepat mencari, mencari dan selesaikan masalah perbualan salib dalam pelaksanaan papan PCB. Simulasi dalam desain kelajuan tinggi termasuk simulasi skematik sebelum penghalaan dan simulasi papan PCB selepas penghalaan. Ia boleh guna halangan yang diperoleh oleh simulasi sebagai halangan laluan sebenar untuk meramalkan dan hapuskan masalah percakapan salib lebih awal, dengan demikian mengurangkan bentangan dan perubahan secara efektif Stack up dan optimize jam, topologi isyarat kritik dan penghentian sebelum bentangan papan. BoardSim untuk simulasi setelah-lokasi dan penghalaan, ia boleh meramalkan kesan sambungan yang tidak diketahui antara wayar papan PCB, papar hasil simulasi dalam oscilloscope, dan papar perincian terperinci semua bentuk gelombang salib. Tujuannya adalah untuk meramalkan dan menemukan masalah percakapan salib produk selesai sebenarnya, dengan itu menyimpan masa desainer dan menghindari desain berulang-ulang dan penghasilan prototip prinsip. Untuk simulasi pra-bentangan, LineSim perlu menetapkan model sambungan as as terlebih dahulu, dan tetapkan keterangan berbeza untuk persekitaran sirkuit berbeza, termasuk ruang wayar, panjang selari, kelajuan tukar IC pemacu, tebal tengah, struktur tumpukan, dll. . keterangan ini membolehkan para perancang memahami di mana masalah mungkin muncul awal dalam rancangan, untuk merancang secara efektif, - kurangkan perbualan salib yang mungkin berlaku sebelum penempatan dan penghalaan, dan cari keterangan sebagai keterangan untuk langkah seterusnya penempatan dan penghalaan. Dalam terma pemilihan cip pemacu, model IBIS (Spesifikasi Maklumat Penimbal Input/Output) boleh diperkenalkan, yang biasanya disediakan oleh pembuat cip. Apabila menggunakan BoardSim untuk melakukan analisis saling bercakap pada kawat, terdapat tiga cara: simulasi saling bercakap interaktif, pemprosesan batch pantas dan pemprosesan batch terperinci. Di antara mereka, simulasi interaktif percakapan salib boleh mengamati secara visual situasi gangguan melalui osciloskop digital. Konsep ambang geometrik dan ambang elektrik dipaparkan di sini. Ambang geometrik akan takrifkan kawasan tertentu, dan mana-mana rangkaian yang memasuki kawasan ini dan mempunyai panjang tertentu dianggap sebagai rangkaian serangan; the electrical threshold will define an interference amount, dan mana-mana rangkaian yang menyebabkan gangguan rangkaian di luar jumlah ini dianggap serangan. rangkaian. Penggunaan ambang geometrik memerlukan perancang untuk mempunyai pemahaman tertentu tentang percakapan salib, dan untuk tahu berapa banyak percakapan salib akan dijana pada jarak mana dan lapisan mana. Oleh itu, secara umum disarankan untuk menggunakan ambang elektrik, yang lebih tepat dan lebih cepat untuk menganalisis. Model asas mempunyai dua rangkaian: pemacu A0 (garis pemandu ialah garis isyarat jam, dan frekuensi operasinya ialah 5.12MSPS), yang disambungkan dengan resistor 1MW C0 melalui garis pemindahan; pemacu A1 dalam mod penerima disambung ke tahan 720KW C1 melalui garis penghantaran. atasan. Impedansi karakteristik setiap garis pemancaran bersambung adalah 68.8W, dan panjang bersambung adalah 9in. HyperLynx menghitung lambat per baris menjadi kira-kira 1.581ns. Model dibahagi kepada 8 lapisan, dan dua garis isyarat ditetapkan sebagai garis lapisan dalaman (dan garis microstrip) dan berada pada lapisan yang sama. Dalam keterangan bentangan dan laluan PCB, lebar garis ialah 5 mil, jarak garis ialah 5 mil, dan kebenaran relatif ditetapkan kepada 4.3. Dalam figur, sond osciloskop ditambah pada A0, B1, dan C1 berdasarkan. Ossiliskop boleh digunakan untuk melihat bentuk gelombang. Penolakan 10MW B1 juga ditetapkan untuk menambah sond.

5. Pemegangan Crosstalk

Sama ada ia adalah pengiraan percakapan salib sebelum rancangan, simulasi sebelum bentangan dan laluan, atau simulasi selepas bentangan dan laluan, ia semua untuk membuat papan PCB boleh mencapai gangguan dengan cepat. Oleh itu, perlu menggunakan pengalaman terdahulu dalam proses desain untuk menyelesaikan masalah semasa. Berikut adalah ringkasan pengalaman untuk mengelakkan percakapan salib dalam bentangan dan laluan:

1) Perkataan salib yang dijana oleh sambungan kapasitatif dan sambungan induktif meningkat dengan meningkat kemudahan muatan garis terganggu, sehingga mengurangi muatan boleh mengurangi pengaruh gangguan sambungan;

2) Cuba meningkatkan jarak antara wayar sambungan kapasitif yang mungkin berlaku, dan ia lebih berkesan untuk mengisolasi wayar dengan wayar tanah;

3) Masukkan wayar tanah diantara wayar isyarat sebelah juga boleh mengurangkan persimpangan kapasitif secara efektif. Kabel tanah ini perlu disambung ke lapisan tanah setiap 1/4 panjang gelombang.

4) Sulit untuk menekan pasangan induktif. Ia diperlukan untuk mengurangi bilangan gelung sebanyak mungkin, mengurangi kawasan gelung, dan jangan biarkan gelung isyarat berkongsi wayar yang sama.

5) Lupakan gelung berkongsi isyarat.

Dalam proses kelajuan tinggi Papan PCB desain, tidak hanya pemahaman terperinci konsep teori diperlukan, tetapi juga berkumpul terus menerus pengalaman dan peningkatan terus menerus teori. Pada masa yang sama, penggunaan khusus perisian bantuan yang relevan juga boleh pendek siklus desain, dengan demikian meningkatkan kompetitif, and playing an important role in the successful completion of the design. Kelajuan tinggi Papan PCB-level and system-level design is a complex process, dan masalah integriti isyarat termasuk perbualan salib isyarat tidak dapat diabaikan. Guna kaedah berbeza pada berbagai tahap siklus desain untuk memastikan desain diselesaikan dengan cepat dan efisien, menyimpan masa dan menghindari duplikasi pada Papan PCB.