PCB Crosstalk:o que é e como combatê-lo

Vamos encarar. A diafonia de PCB é um grande problema que o engenheiro médio enfrenta com PCBs de alta velocidade.

Hoje em dia, temos placas mais compactas, tornando mais essencial analisar crosstalk antes de montar PCBs. No entanto, se você não estiver familiarizado com o conceito de crosstalks, pode ser um pouco complicado contra-atacar.

Este artigo mostrará o que é crosstalk e o que você precisa para evitá-lo. Também lançaremos mais luz sobre os diferentes tipos de crosstalk.

Você está pronto? Vamos começar!

O que é Crosstalk em PCB?

PCB crosstalk é um acoplamento de energia indesejado entre traços. Isso faz com que os pulsos de sinal de um traço substituam outro traço, mesmo que não estejam em contato físico. Geralmente acontece quando você não espaça corretamente seus traços paralelos.

Traços de PCB

Embora você possa argumentar que seus projetos mantêm os requisitos mínimos de espaçamento, pode não ser suficiente para evitar o acoplamento eletromagnético.

Então, pense em dois traços paralelos em um PCB; Se um traço tiver uma amplitude maior, isso pode afetar o traço com uma amplitude menor. Como resultado, o sinal do traço mais fraco começa a copiar, o sinal mais forte em vez de transmiti-lo. É quando ocorre o crosstalk.

Na verdade, a indutância mútua causa a transferência de corrente do traço forte para o traço fraco. Então, o capacitor criado a partir da capacitância mútua torna a corrente semelhante, o que pode afetar a integridade do sinal de um circuito.

Muitos designers acreditam que o crosstalk resulta de linhas paralelas na mesma camada. Mas também pode ocorrer em linhas adjacentes em diferentes camadas.

Além disso, controlar ou impedir a diafonia pode ser complicado, principalmente quando ela não é detectada. E se você não lidar com isso no estágio inicial de seus projetos, isso reduziria a funcionalidade do seu PCB.

Como o Crosstalk acontece em um PCB?

Inspeção manual de PCB

Geralmente, há duas maneiras de ocorrer diafonia em um circuito:acoplamento de impedância comum ou acoplamento eletromagnético. O acoplamento de impedância comum é fácil de analisar e ocorre apenas quando vários sinais compartilham um caminho de retorno.

Por outro lado, o acoplamento de campo eletromagnético é mais complexo e possui duas subdivisões:indutivo e capacitivo.

Acoplamento capacitivo

Traços paralelos são as placas paralelas do capacitor de uma PCB de alta velocidade separadas por um dielétrico. E o campo elétrico entre o traço forte e fraco é o que chamamos de capacitor.

Agora, se houver uma mudança na tensão do capacitor, isso alterará o campo elétrico e gerará uma corrente de deslocamento. Esta corrente de deslocamento causa uma corrente capacitivamente acoplada, levando a diafonia. Chamamos esse efeito de capacitância parasita.

Acoplamento indutivo

O acoplamento indutivo depende do número de anéis de campo magnético que giram em torno do traço fraco. O campo magnético do traço mais forte envolve a linha mais vulnerável e altera sua corrente de transmissão.

Quando isso acontece, a linha mais forte induz tensão de acordo com a lei de indução de Faraday. A tensão induzida é o que transmite a corrente na forma de diafonia.

Acoplamento Broadside

O acoplamento Broadside acontece quando os traços paralelos são executados perto de camadas adjacentes. Além disso, é mais provável que ocorra quando uma pequena quantidade de espessura do núcleo separa essas camadas de sinal adjacentes. Normalmente, é 0,1 milímetro (4 mils), o que não é suficiente para espaçar dois traços na mesma camada ou na camada adjacente.

Tipos de conversa cruzada

Transmissão de sinal que afeta a diafonia

Podemos classificar vários tipos de crosstalk em direção de propagação, zonas de medição e quantificação. Vamos olhar mais de perto.

Com base na direção de propagação

Sob esta classificação, temos dois tipos de crosstalk, incluindo crosstalk de encaminhamento e para trás.

Para diafonia direta, o traço mais vulnerável transmite a corrente copiada na direção do sinal mais forte. Contrariamente, crosstalk para trás significa que o sinal de cópias é transmitido na direção oposta.

Aqui estão as fórmulas para crosstalk com base na direção de propagação:

Com base na zona de medição

Existem também dois tipos de crosstalk nesta classificação. Eles incluem:

• Falar de ponta distante (FEXT):refere-se à interferência no lado do receptor do traço mais fraco.
• Fala cruzada próxima (NEXT):refere-se ao ruído no lado do motorista do traço mais fraco.

Além disso, esses tipos de crosstalk podem ocorrer em qualquer lugar em um rastreamento. Portanto, não importa se é um condutor simples ou duplo.

Com base na quantificação

Aqui, temos três tipos de crosstalk, que incluem:

1. Primeiro, Power-sum-FEXT (PS-FEXT):refere-se à influência absoluta da diafonia remota.
2. Segundo, Power-sum-NEXT (PS-NEXT):refere-se ao efeito relativo da diafonia próxima.
3. Terceiro, diafonia de soma de potência igual a nível (PS-ELFEXT):refere-se à adição de PS-NEXT e PS-FEXT.

Conversa de Alienígenas

Este crosstalk é mais complicado do que outras variantes. É difícil de eliminar e a blindagem não fornecerá proteção suficiente. Isso acontece quando diferentes sinais corrompem o sinal fraco.

O que causa a conversa cruzada?

Medição de diafonia

Aqui estão alguns fatores que podem causar crosstalk PCB:

• O cruzamento pode ser resultado de diferenças de velocidade de propagação. No entanto, você pode mitigá-lo por meio de atraso de propagação e correspondência de comprimento de rastreamento.
• Taxas de dados aumentadas também podem causar interferência. Uma placa com altas taxas de dados também terá tempos de subida altos. E a lei de Faraday afirma que um tempo de subida mais alto aumentará a diafonia.
• As vias de PCB em stub é outro fator que pode gerar crosstalk. Eles criam reflexos e toques, causando interferência.
• Tamanho da placa:uma placa maior exigirá traços mais longos. Mas traços mais longos podem causar interferência, porque agem como antenas.

Como reduzir a interferência no PCB

PCB de alta velocidade

Você nem sempre pode evitar crosstalk em PCBs de alta velocidade. Mas você pode reduzi-lo a um nível insignificante. Aqui estão alguns métodos que você pode usar para esta tarefa.

1. Use apenas planos de referência sólidos.

Planos de referência sólidos podem absorver os campos magnéticos e elétricos transbordantes. Portanto, ele não se espalhará e corromperá outros sinais.

2. Use Vias Perfuradas

PCB com Vias

Evite usar via subs, pois eles podem diminuir a integridade do sinal e causar crosstalk. Em vez disso, vá para vias perfuradas.

3. Verifique e limite a conversa cruzada

Meça a diafonia da sua placa e certifique-se de que ela não ultrapasse 150mV. Além disso, evite ajustar o tempo de subida do sinal. Isso pode aumentar o crosstalk e potencialmente defini-lo além do limite.

4. Ir para roteamento de par diferencial

O uso de roteamento diferencial fortemente acoplado pode ajudar a reduzir a diafonia. Como? Como não há acoplamento igual, os pares diferenciais não aceitarão o ruído de modo comum, o que atenua a diafonia.

5. Sinais de alta frequência separados

Homem trabalhando no PCB

Evite colocar sinais de alta frequência perto de outros sinais. Separá-los ajudaria a reduzir as chances de crosstalk.

6. Elimine corretamente o modo de transmissão ímpar e par

Você pode usar uma rede de três resistores ou terminação em T para cancelar efetivamente o modo de transmissão par e ímpar.

7. Utilize Traços Curtos

PCB com Traços

Ou seja, quanto mais longos forem seus rastros, maiores serão as chances de crosstalk. No entanto, manter os rastreamentos curtos pode ajudar a reduzir o acoplamento e mitigar a diafonia.

8. Sinais assíncronos separados

Sempre mantenha os sinais assíncronos longe dos sinais de alta frequência. Tente colocá-los mais perto de linhas de energia para reduzir a possibilidade de diafonia.

9. Reduzir execuções paralelas de rastreamento

Traços mais prolongados (mais de 500mils) aumentarão a indutância mútua e causarão diafonia.

10. Utilizar rastreamentos de guarda

Você pode usar rastreamentos de guarda para mitigar as diafonias entre as linhas de transmissão. No entanto, esses rastreamentos são complicados e tornam o roteamento complicado.

11. Usar roteamento ortogonal

Se você estiver trabalhando com camadas de sinal adjacentes, tente roteá-las ortogonalmente. Isso ajudaria a reduzir o acoplamento capacitivo entre as camadas.

12. Mantenha seus rastros separados

Traços bem espaçados

Use a regra 3W para espaçar todos os seus traços corretamente. Se você não seguir essa regra, obterá uma capacitância mútua aumentada, o que leva à diafonia. Mas usar a lei 3W ajudará a minimizar a diafonia em 70%.

Observação:você pode obter uma redução de 98% na diafonia usando a regra de 10w.

Palavras finais

PCB

Crosstalk é um dos problemas inevitáveis ​​de PCBs de alta velocidade. Infelizmente, é impossível eliminá-lo da sua placa, mas você pode reduzi-lo a um nível que mantenha a integridade do sinal e o desempenho do circuito seguros.

Crosstalk é o resultado do acoplamento não intencional entre traços paralelos ou adjacentes. Mas você pode minimizar as chances de acoplamento espaçando corretamente suas linhas.

Lembre-se de que existem várias maneiras de reduzir a diafonia, portanto, certifique-se de usar uma que se adapte ao seu projeto de circuito.

Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco se tiver alguma dúvida.