PCB Crosstalk Dijelaskan: Penyebab, Dampak, dan Tindakan Pencegahan yang Efektif

Mari kita jujur. PCB crosstalk adalah masalah besar yang dihadapi rata-rata insinyur dengan PCB high-speed.

Pada masa kini, kita memiliki papan yang lebih kompakt, membuatnya lebih penting untuk menganalisis crosstalk sebelum merakit PCB. Namun, jika Anda tidak familiar dengan konsep crosstalk, mungkin sedikit sulit untuk mengatasinya.

Artikel ini akan menunjukkan kepada Anda apa itu crosstalk dan apa yang Anda perlukan untuk mencegahnya. Kami juga akan memberikan lebih banyak cahaya pada berbagai jenis crosstalk.

Apakah Anda siap? Mari kita mulai!

Apa itu Crosstalk di PCB?

PCB crosstalk adalah coupling energi tidak diinginkan di antara jejak. Ini menyebabkan pulsa sinyal jejak menggantikan jejak lain bahkan jika mereka tidak dalam kontak fisik. Biasanya terjadi ketika Anda tidak memberi jarak yang benar pada jejak paralel Anda.

Jejak PCB

Meskipun Anda mungkin berpendapat bahwa desain Anda mematuhi persyaratan jarak minimum, itu mungkin tidak cukup untuk mencegah coupling elektromagnetik. 

Jadi, pikirkan tentang dua jejak paralel pada PCB; Jika satu jejak memiliki amplitudo lebih tinggi, itu dapat mempengaruhi jejak dengan amplitudo lebih rendah. Akibatnya, sinyal jejak yang lebih lemah mulai menyalin, sinyal yang lebih kuat alih-alih mentransmisikannya. Itulah saat crosstalk terjadi.

Sebenarnya, mutual inductance menyebabkan transfer arus dari jejak yang kuat ke yang lemah. Lalu, kapasitor yang dibuat dari mutual capacitance membuat arus serupa, yang dapat mempengaruhi integritas sinyal sirkuit.

Banyak desainer percaya bahwa crosstalk disebabkan oleh garis paralel pada lapisan yang sama. Namun, itu juga dapat terjadi pada garis bersebelahan pada lapisan berbeda.

Selain itu, mengontrol atau mencegah crosstalk bisa sulit, terutama ketika tetap tidak terdeteksi. Dan jika Anda tidak mengaturnya pada tahap awal desain Anda, itu akan menurunkan fungsionalitas PCB Anda.

Bagaimana Crosstalk Terjadi pada PCB?

Pemeriksaan PCB Tangan

Biasanya ada dua cara crosstalk dapat terjadi dalam sirkuit: Common impedance coupling atau electromagnetic coupling. Common impedance coupling mudah dianalisis dan hanya terjadi ketika berbagai sinyal berbagi satu jalur kembali.

Di sisi lain, electromagnetic field coupling lebih kompleks dan memiliki dua subdivisi: inductive dan capacitive.

Capacitive Coupling

Jejak paralel adalah plat kapasitor paralel dari PCB high-speed yang dipisahkan oleh dielectric. Dan medan listrik di antara jejak yang kuat dan lemah adalah yang kita sebut kapasitor.

Sekarang, jika ada perubahan tegangan kapasitor, itu akan mengubah medan listrik dan menghasilkan displacement current. Displacement current ini menyebabkan current yang di-couple secara kapasitif, yang mengakibatkan crosstalk. Kami menyebut efek ini parasitic capacitance.

Inductive Coupling

Inductive coupling bergantung pada jumlah ringan medan magnet yang berputar di sekitar jejak yang lemah. Medan magnet jejak yang lebih kuat melingkari garis yang lebih rentan dan mengubah transmission current-nya.

Saat ini terjadi, garis yang lebih kuat menginduksi tegangan sesuai dengan hukum induksi Faraday. Tegangan yang diinduksi inilah yang mentransmisikan arus dalam bentuk crosstalk.

Broadside Coupling

Broadside coupling terjadi ketika jejak paralel berjalan dekat dengan lapisan bersebelahan. Plus, lebih mungkin terjadi ketika sedikit ketebalan core memisahkan lapisan sinyal bersebelahan ini. Biasanya, itu 0,1 milimeter (4 mils), yang tidak cukup untuk memberi jarak dua jejak pada lapisan yang sama atau bersebelahan.

Jenis Crosstalk

Crosstalk Mempengaruhi Transmisi Sinyal

Kami dapat mengklasifikasikan berbagai jenis crosstalk berdasarkan arah propagasi, zona pengukuran, dan kuantifikasi. Mari kita perhatikan lebih dekat.

Berdasarkan Arah Propagasi

Di bawah klasifikasi ini, kami memiliki dua jenis crosstalk, termasuk forwarding dan backward crosstalk.

Untuk forward crosstalk, jejak yang lebih rentan mentransmisikan current yang disalin dalam arah sinyal yang lebih kuat. Sebaliknya, backward crosstalk berarti salinan sinyal mentransmisikan dalam arah berlawanan.

Berikut adalah rumus crosstalk berdasarkan arah propagasi:

Berdasarkan Zona Pengukuran

Ada juga dua jenis crosstalk di bawah klasifikasi ini. Mereka meliputi:

• Far-end crosstalk (FEXT): merujuk pada interferensi di sisi penerima jejak yang lebih lemah.
• Near-end crosstalk (NEXT): merujuk pada noise di sisi driver jejak yang lebih lemah.

Juga, jenis crosstalk ini dapat terjadi di mana saja pada jejak. Jadi tidak masalah apakah itu single-ended atau dual conductor.

Berdasarkan Kuantifikasi

Di sini, kami memiliki tiga jenis crosstalk, yang meliputi:

1. Pertama, Power-sum-FEXT (PS-FEXT): merujuk pada pengaruh absolut dari far-end crosstalk.
2. Kedua, Power-sum-NEXT (PS-NEXT): merujuk pada efek relatif dari near-end crosstalk.
3. Ketiga, Power-sum-equal-level-crosstalk (PS-ELFEXT): merujuk pada penambahan PS-NEXT dan PS-FEXT.

Alien Crosstalk

Crosstalk ini lebih rumit daripada varian lain. Sulit untuk dihilangkan, dan pelindung tidak akan memberikan perlindungan yang cukup. Ini terjadi ketika sinyal berbeda merusak sinyal lemah.

Apa yang Menyebabkan Crosstalk?

Mengukur Crosstalk

Berikut adalah beberapa faktor yang dapat menyebabkan PCB crosstalk:

• Cross bisa merupakan hasil dari perbedaan kecepatan propagasi. Namun, Anda dapat mengatasi melalui propagation delay dan matching panjang jejak.
• Kenaikan data rate juga dapat menyebabkan crosstalk. Papan yang memiliki data rate tinggi juga akan memiliki rise time tinggi. Dan hukum Faraday menyatakan bahwa rise time yang lebih tinggi akan meningkatkan crosstalk.
• Stubbed PCB vias adalah faktor lain yang dapat menghasilkan crosstalk. Mereka membuat refleksi dan ringing, yang menyebabkan crosstalk.
• Ukuran papan: papan yang lebih besar akan membutuhkan jejak yang lebih panjang. Tetapi jejak yang lebih panjang dapat menyebabkan crosstalk—karena mereka bertindak seperti antena.

Cara Mengurangi Crosstalk di PCB

PCB High-Speed

Anda tidak selalu dapat menghindari crosstalk di PCB high-speed. Namun, Anda dapat menguranginya ke tingkat yang tidak signifikan. Berikut adalah beberapa metode yang dapat Anda gunakan untuk tugas ini.

1. Gunakan hanya Solid Reference Planes.

Solid reference plans dapat menyerap medan magnet dan listrik yang meluap. Oleh karena itu, itu tidak akan menyebar dan merusak sinyal lain.

2. Gunakan Back-drilled Vias

PCB dengan Vias

Hindari menggunakan via subs karena mereka dapat menurunkan integritas sinyal dan menyebabkan crosstalk. Sebaliknya, pilih back-drilled vias.

3. Periksa dan Batasi Crosstalk

Ukur crosstalk papan Anda dan pastikan tidak melebihi 150 mV. Juga, hindari menyesuaikan rise time sinyal Anda. Itu bisa meningkatkan crosstalk dan berpotensi melebihi batas.

4. Pilih Differential Pair Routing

Menggunakan differential routing yang tightly coupled dapat membantu mengurangi crosstalk. Bagaimana? Karena tidak ada coupling yang sama, pasangan diferensial tidak akan menerima common mode noise, yang mengurangi crosstalk.

5. Pisahkan Sinyal Frekuensi Tinggi

Pria bekerja pada PCB

Hindari menempatkan sinyal frekuensi tinggi dekat sinyal lain. Memisahkan mereka akan membantu mengurangi kemungkinan crosstalk.

6. Hapus dengan Benar Mode Transmisi Odd dan Even

Anda dapat menggunakan jaringan tiga resistor atau T-termination untuk membatalkan mode transmisi even dan odd secara efektif.

7. Manfaatkan Jejak Pendek

PCB dengan Jejak

Jadi, semakin panjang jejak Anda, semakin tinggi kemungkinan crosstalk. Namun, menjaga jejak pendek dapat membantu mengurangi coupling dan mengurangi crosstalk.

8. Pisahkan Sinyal Asinkron

Selalu jaga sinyal asinkron jauh dari sinyal frekuensi tinggi. Coba tempatkan mereka dekat dengan garis daya untuk mengurangi kemungkinan crosstalk.

9. Kurangi Parallel Trace Runs

Jejak yang lebih panjang (lebih dari 500 mils) akan meningkatkan mutual inductance dan menyebabkan crosstalk.

10. Manfaatkan Guard Traces

Anda dapat menggunakan guard traces untuk mengurangi crosstalk di antara garis transmisi. Namun, jejak ini sulit dan membuat routing rumit.

11. Gunakan Orthogonal Routing

Jika Anda bekerja dengan lapisan sinyal bersebelahan, coba rutekan mereka secara ortogonal. Ini akan membantu mengurangi coupling kapasitif di antara lapisan.

12. Jaga Jarak Jejak Anda

Jejak yang Berjarak Baik

Gunakan aturan 3W untuk memberi jarak semua jejak Anda dengan benar. Jika Anda tidak mematuhi aturan ini, Anda akan mendapatkan mutual capacitance yang meningkat, yang mengakibatkan crosstalk. Namun, menggunakan hukum 3W akan membantu meminimalkan crosstalk hingga 70%.

Catatan: Anda dapat mendapatkan pengurangan crosstalk 98% dengan menggunakan aturan 10w.

Kata Terakhir

PCB

Crosstalk adalah salah satu masalah yang tidak dapat dihindari dari PCB high-speed. Untungnya, tidak mungkin untuk menghilangkannya dari papan Anda, tetapi Anda dapat menguranginya ke tingkat yang menjaga integritas sinyal dan kinerja sirkuit Anda tetap aman.

Crosstalk adalah hasil dari coupling tidak sengaja di antara jejak paralel atau bersebelahan. Namun, Anda dapat meminimalkan kemungkinan coupling dengan memberi jarak garis Anda dengan benar.

Ingatlah bahwa ada berbagai cara untuk mengurangi crosstalk, jadi pastikan untuk menggunakan yang cocok dengan desain sirkuit Anda.

Jangan ragu untuk menghubungi kami jika Anda memiliki pertanyaan.