Saya benar-benar berharap untuk menerbitkan dengan suasana "Rusia - di semifinal", tetapi sedikit tidak cukup. Walaupun bagi saya selalu karakter lebih tinggi daripada hasilnya, dan karakter yang saya lihat. Terima kasih kawan Kami terus meningkatkan apa yang kami bisa. Mereka dalam sepakbola, kami dalam desain papan sirkuit cetak. Ayo pergi, bagian keenam. Ini meneliti efek kerugian garis pada durasi tepi sinyal, menyediakan model crosstalk, dan memberikan rekomendasi untuk mengurangi mereka.
Dalam artikel
sebelumnya , ditunjukkan bahwa garis yang tidak konsisten mengarah pada refleksi dan distorsi sinyal. Semua metode pencocokan melibatkan memastikan bahwa impedansi beban dan / atau sumber sama dengan resistansi gelombang pada saluran sinyal. Dari sini dapat diketahui bahwa jika impedansi beban tidak stabil dan tergantung pada beberapa parameter, tidak mungkin untuk memastikan kecocokan yang tepat. Misalnya, kaskade input elemen logika selalu ditandai oleh kapasitansi input yang setara (biasanya unit picofarad). Tegangan pada kapasitor input V selama transien, dan karenanya impedansinya
tergantung waktu. Refleksi yang timbul dalam kasus ini dinyatakan dalam perlambatan durasi depan pada saat Ο β 2.2 β Z
0 C (dengan analogi dengan sirkuit RC). Jika durasi sumber depan t
R kecil dibandingkan dengan Ο, maka itu adalah proses pengisian kapasitor yang akan menentukan durasi depan di ujung garis.
Dalam garis sinyal nyata, depan sinyal melambat tidak hanya dengan peningkatan beban kapasitif di atasnya, tetapi juga karena kerugian yang disebabkan oleh kerugian ohmik dan kebocoran kebocoran di dielektrik. Dalam gbr. 1 menunjukkan model garis lossy di mana resistansi seri
model kerugian ohmik (termasuk efek kulit), dan resistensi
dielektrik (di sini tg (Ξ΄) adalah tangen kerugian, karakteristik bahan dielektrik). Peningkatan kerugian dengan meningkatnya frekuensi menyebabkan fakta bahwa komponen frekuensi tinggi dari sinyal dilemahkan lebih signifikan, yang mengarah pada perlambatan bagian depan sinyal. Eric Bogatin dalam [1] memberikan formula untuk memperkirakan durasi depan pada output dari garis sinyal dengan kehilangan panjang L dan dielektrik dengan permeabilitas Ξ΅ dan loss tangent tan (Ξ΄):
Selanjutnya, dari kondisi Ξt
R = t
R OUT -t
R IN <0,1 βt
R IN, kita dapat memperoleh kriteria yang diperkirakan untuk keperluan memperhitungkan efek yang terkait dengan kerugian dalam garis sinyal.
R.1.
Untuk saluran sinyal yang panjangnya L sesuai dengan kriteria L [cm] <5 / (tgβ‘ (Ξ΄) β βΞ΅) βt R [ns], pengaruh kerugian pada durasi tepi sinyal dapat diabaikan. Untuk isolator FR4, kondisi ini mengambil bentuk L [cm] <125 β t R [ns].
Seperti yang dapat dilihat dari rekomendasi ini, dalam sebagian besar aplikasi ketika mengembangkan papan sirkuit tercetak, Anda dapat menggunakan model saluran sinyal lossless, di mana R
LEAK = β dan R
SER = 0.
Sumber kehilangan lainnya adalah cross-coupling dengan konduktor yang berdekatan (eng. Coupling), yang mengarah ke distorsi sinyal di jalur aktif (karena kerugian di medan dekat) dan ke crosstalk yang diinduksi (eng. Crosstalk) di jalur pasif. Efeknya muncul karena dua prinsip fisik - kopling listrik (kapasitif) dan kopling magnetik (induktif). Dalam gbr. Gambar 2 menunjukkan parameter penentuan kopling silang - induktansi timbal balik LM dan kapasitansi timbal balik CM, yang bergantung terutama pada geometri dan parameter bahan.
Ditunjukkan dalam gambar. 3 Sirkuit cross-talk yang setara dapat digunakan untuk perhitungan dan simulasi. Jumlah N dari hubungan berurutan seperti itu harus lebih besar, semakin tinggi panjang jalur listrik TD dan pita spektrum yang diperlukan dari model BW:
Kapasitansi
CL dan induktansi
LL dari tautan dapat dihitung dengan rumus:
Kesulitan utama dalam pemodelan skema cross-coupling yang setara adalah untuk menghitung nilai LM dan CM per satu tautan. Untuk beberapa kasus, ada perkiraan hubungan analitik [2], dalam kasus umum, perangkat lunak khusus berdasarkan metode numerik digunakan untuk menyelesaikan masalah ini.
R.2.
Induktansi timbal balik dan kapasitansi timbal balik berkurang dengan meningkatnya jarak antara konduktor dan dengan penurunan jarak antara konduktor dan lapisan referensi. Selain itu, kehadiran guntingan di lapisan referensi mengarah ke peningkatan yang signifikan dalam induktansi bersama.
Kopling listrik dan magnetik menyebabkan hilangnya energi dan distorsi sinyal di jalur aktif dan munculnya sinyal di saluran pasif. Kapasitif I
C dan arus kopling I
M induktif (Gbr. 4) searah terhadap sumber (dekat-ujung) dan sebaliknya diarahkan ke beban (ujung-jauh):
Rangkaian ekivalennya pendek secara elektrik (untuk waktu tunda dimana TD <1/5 βt
R dari garis pasif dilakukan, lihat Gambar 5, di mana sumber energi listrik ditentukan oleh rumus:
Rangkaian disederhanakan dan hanya berlaku untuk memperkirakan amplitudo crosstalk. Namun, untuk skema ini, hubungan analitis diturunkan yang menunjukkan dependensi utama, yang juga berlaku untuk kasus yang lebih kompleks:
R.3.
Metode Pengurangan Crosstalk:
- Meningkatkan durasi front sinyal di jalur aktif (eng. Agresi, jalur aktif).
- Kurangi bagian garis paralel.
- Peningkatan jarak antar konduktor. Ada rekomendasi untuk jarak minimum antara tepi trek yang dicetak s ~ 6 β h atau s ~ 3 β w, di mana h adalah jarak ke lapisan pendukung, w adalah lebar trek.
- Mengurangi jarak antara konduktor dan lapisan referensi.
- Pemilihan resistensi di ujung jalur aktif dan pasif (korban Inggris, garis tenang).
- Penggunaan konduktor pelindung (jejak penjaga Inggris) disingkat menjadi lapisan pendukung di ujung dan, jika mungkin, sepanjang (dari urutan tiga vias per panjang t R β v).
- Penggunaan microstrip tertanam (microstrip tertanam bahasa Inggris) atau garis strip, di mana, karena simetri dielektrik, V FE β 0.
Dalam gbr. Gambar 6 menunjukkan osilogram pengukuran crosstalk antara dua garis microstrip 50-ohm pada papan eksperimental dalam dua kasus: w ~ 2,5 mm, s ~ 0,6 mm, h = 1,39 mm dan w ~ 0,6 mm, s ~ 1,9 mm, h = 0,3 mm. Panjang bagian paralel dari trek adalah sekitar 30 cm. Perlu memperhatikan fakta bahwa durasi tepi sinyal pada jalur aktif secara signifikan melebihi nilai tipikal untuk papan sirkuit cetak digital berkecepatan tinggi. Jumlah gangguan dalam gambar. 5 tidak boleh dianggap sebagai karakteristik, bentuk gelombang ini terutama merupakan representasi visual dari pengaruh pada jumlah gangguan durasi depan sinyal, jarak antara konduktor dan kedekatan lapisan referensi.
Teori di atas, untuk kesederhanaan, dianggap sebagai contoh dari dua konduktor. Namun, penting untuk dipahami bahwa situasi tipikal untuk papan sirkuit tercetak digital adalah ketika beberapa saluran sinyal secara simultan mengubah kondisinya. Karena crosstalk dari beberapa jalur aktif ditambahkan, dalam hal ini jumlah gangguan dapat menjadi kritis, yang mengarah ke salah fungsi sistem. Dalam hal ini, perangkat lunak khusus digunakan untuk simulasi numerik, tetapi prinsip dasar untuk mengurangi jumlah crosstalk tetap sama dengan rekomendasi di atas.
Sastra
[1] Bogatin E. "Sinyal dan integritas daya - disederhanakan", edisi ke-2, Pearson, 2010
[2] Saling Induktansi dan Algoritma Kapasitansi, rev. 01.8.2
[3] Adamczyk B. "EMC Crosstalk antara Jejak PCB", Pertemuan Bab EMC Michigan Barat, 2013
Artikel ini pertama kali diterbitkan dalam jurnal Components and Technologies 2018, No. 4. Publikasi tentang Habr telah disetujui oleh para editor majalah tersebut.