PCB Crosstalk:Apa Itu dan Bagaimana Mengatasinya
Mari kita hadapi itu. Crosstalk PCB adalah masalah besar yang dihadapi rata-rata insinyur dengan PCB berkecepatan tinggi.
Saat ini, kami memiliki lebih banyak papan kompak, sehingga lebih penting untuk menganalisis crosstalk sebelum merakit PCB. Namun, jika Anda tidak terbiasa dengan konsep crosstalk, mungkin agak sulit untuk melawannya.
Artikel ini akan menunjukkan kepada Anda apa itu crosstalk dan apa yang Anda butuhkan untuk mencegahnya. Kami juga akan menjelaskan lebih banyak tentang berbagai jenis crosstalk.
Apakah kamu siap? Mari kita mulai!
Apa itu Crosstalk di PCB?
Crosstalk PCB adalah penggabungan energi yang tidak diinginkan di antara jejak. Ini menyebabkan pulsa sinyal jejak untuk menimpa jejak lain bahkan jika mereka tidak dalam kontak fisik. Ini biasanya terjadi jika Anda tidak mengatur jarak jejak paralel dengan benar.
Jejak PCB
Meskipun Anda mungkin berpendapat bahwa desain Anda memenuhi persyaratan jarak minimum, itu mungkin tidak cukup untuk mencegah kopling elektromagnetik.
Jadi, pikirkan tentang dua jejak paralel pada PCB; Jika satu jejak memiliki amplitudo yang lebih tinggi, itu dapat mempengaruhi jejak dengan amplitudo yang lebih rendah. Akibatnya, sinyal jejak yang lebih lemah mulai menyalin, sinyal yang lebih kuat alih-alih mentransmisikannya. Saat itulah terjadi crosstalk.
Sebenarnya, induktansi timbal balik menyebabkan transfer arus dari jejak kuat ke jejak lemah. Kemudian, kapasitor yang dibuat dari kapasitansi timbal balik membuat arus serupa, yang dapat memengaruhi integritas sinyal rangkaian.
Banyak desainer percaya bahwa crosstalk dihasilkan dari garis paralel pada lapisan yang sama. Tapi, itu juga bisa terjadi pada garis yang berdekatan pada lapisan yang berbeda.
Selain itu, mengendalikan atau mencegah crosstalk bisa jadi rumit, terutama jika tetap tidak terdeteksi. Dan jika Anda tidak menanganinya pada tahap awal desain Anda, itu akan menurunkan fungsionalitas PCB Anda.
Bagaimana Crosstalk Terjadi pada PCB?
Tangan Memeriksa PCB
Biasanya ada dua cara crosstalk dapat terjadi dalam rangkaian:Kopling impedansi umum atau kopling elektromagnetik. Kopling impedansi umum mudah dianalisis dan hanya terjadi ketika berbagai sinyal berbagi satu jalur balik.
Di sisi lain, kopling medan elektromagnetik lebih kompleks dan memiliki dua sub-divisi:induktif dan kapasitif.
Kopling Kapasitif
Jejak paralel adalah pelat paralel kapasitor dari PCB berkecepatan tinggi yang dipisahkan oleh dielektrik. Dan medan listrik antara jejak kuat dan lemah itulah yang kita sebut kapasitor.
Nah, jika ada perubahan tegangan kapasitor, itu akan mengubah medan listrik dan menghasilkan arus perpindahan. Arus perpindahan ini menyebabkan arus yang digabungkan secara kapasitif, yang mengarah ke crosstalk. Kami menyebut efek ini sebagai kapasitansi parasit.
Kopling Induktif
Kopling induktif tergantung pada jumlah cincin medan magnet yang berputar di sekitar jejak lemah. Medan magnet jejak yang lebih kuat mengelilingi garis yang lebih rentan dan mengubah arus transmisinya.
Ketika ini terjadi, saluran yang lebih kuat menginduksi tegangan sesuai dengan hukum induksi Faraday. Tegangan induksi inilah yang mentransmisikan arus dalam bentuk crosstalk.
Kopling Broadside
Kopling Broadside terjadi ketika jejak paralel berjalan dekat dengan lapisan yang berdekatan. Plus, itu lebih mungkin terjadi ketika sejumlah kecil ketebalan inti memisahkan lapisan sinyal yang berdekatan ini. Biasanya, ini 0,1 milimeter (4 mil), yang hampir tidak cukup untuk memberi jarak dua jejak pada lapisan yang sama atau berdekatan.
Jenis Crosstalk
Transmisi Sinyal yang Mempengaruhi Crosstalk
Kita dapat mengklasifikasikan berbagai jenis crosstalk ke dalam arah propagasi, zona pengukuran, dan kuantifikasi. Mari kita lihat lebih dekat.
Berdasarkan Arah Propagasi
Di bawah klasifikasi ini, kami memiliki dua jenis crosstalk, termasuk forwarding dan crosstalk mundur.
Untuk crosstalk maju, jejak yang lebih rentan mentransmisikan arus yang disalin ke arah sinyal yang lebih kuat. Sebaliknya, crosstalk mundur berarti sinyal salinan ditransmisikan ke arah yang berlawanan.
Berikut adalah rumus crosstalk berdasarkan arah propagasi:
Berdasarkan Zona Pengukuran
Ada juga dua jenis crosstalk di bawah klasifikasi ini. Mereka termasuk:
- Far-end crosstalk (FEXT):mengacu pada interferensi pada sisi penerima jejak yang lebih lemah.
- Near-end crosstalk (NEXT):mengacu pada kebisingan di sisi driver jejak yang lebih lemah.
Juga, jenis crosstalk ini dapat terjadi di mana saja pada suatu jejak. Jadi, tidak masalah apakah itu konduktor ujung tunggal atau ganda.
Berdasarkan Kuantifikasi
Di sini, kami memiliki tiga jenis crosstalk, yang meliputi:
- Pertama, Power-sum-FEXT (PS-FEXT):mengacu pada pengaruh absolut dari crosstalk jarak jauh.
- Kedua, Power-sum-NEXT (PS-NEXT):mengacu pada efek relatif dari crosstalk jarak dekat.
- Ketiga, Power-sum-equal-level-crosstalk (PS-ELFEXT):mengacu pada penambahan PS-NEXT dan PS-FEXT.
Crosstalk Alien
Crosstalk ini lebih rumit dari varian lainnya. Sulit untuk dihilangkan, dan perisai tidak akan memberikan perlindungan yang cukup. Itu terjadi ketika sinyal yang berbeda merusak sinyal yang lemah.
Apa Penyebab Crosstalk?
Mengukur Crosstalk
Berikut adalah beberapa faktor yang dapat menyebabkan crosstalk PCB:
- Cross dapat disebabkan oleh perbedaan kecepatan propagasi. Namun, Anda dapat menguranginya melalui penundaan propagasi dan pencocokan panjang jejak.
- Peningkatan kecepatan data juga dapat menyebabkan crosstalk. Papan yang memiliki kecepatan data tinggi juga akan memiliki waktu naik yang tinggi. Dan hukum Faraday menyatakan bahwa waktu naik yang lebih tinggi akan meningkatkan crosstalk.
- Stubbed PCB vias adalah faktor lain yang dapat menghasilkan crosstalk. Mereka membuat pantulan dan dering, menyebabkan crosstalk.
- Ukuran papan:papan yang lebih besar akan membutuhkan jejak yang lebih panjang. Tapi jejak yang lebih panjang dapat menyebabkan crosstalk—karena mereka bertindak seperti antena.
Cara Mengurangi Crosstalk di PCB
PCB berkecepatan tinggi
Anda tidak selalu dapat menghindari crosstalk di PCB berkecepatan tinggi. Tetapi Anda dapat menguranginya ke tingkat yang tidak signifikan. Berikut adalah beberapa metode yang dapat Anda gunakan untuk tugas ini.
1. Gunakan hanya Bidang Referensi Padat.
Bidang referensi padat dapat menyerap medan magnet dan listrik yang meluap. Oleh karena itu, tidak akan menyebar dan merusak sinyal lainnya.
2. Gunakan Via yang Dibor Belakang
PCB dengan Vias
Hindari menggunakan via subs karena dapat mengurangi integritas sinyal dan menyebabkan crosstalk. Sebagai gantinya, gunakan vias yang dibor ke belakang.
3. Periksa dan Batasi Crosstalk
Ukur crosstalk papan Anda dan pastikan tidak melebihi 150mV. Juga, hindari menyesuaikan waktu naik sinyal Anda. Ini dapat meningkatkan crosstalk dan berpotensi melewati batas.
4. Gunakan Perutean Pasangan Diferensial
Menggunakan perutean diferensial yang digabungkan dengan erat dapat membantu mengurangi crosstalk. Bagaimana? Karena tidak ada kopling yang sama, pasangan diferensial tidak akan menerima gangguan mode umum, yang mengurangi crosstalk.
5. Pisahkan Sinyal Frekuensi Tinggi
Pria yang mengerjakan PCB
Hindari menempatkan sinyal frekuensi tinggi di dekat sinyal lain. Memisahkan mereka akan membantu mengurangi kemungkinan crosstalk.
6. Menghilangkan Mode Transmisi Ganjil dan Genap dengan Benar
Anda dapat menggunakan jaringan tiga resistor atau pemutusan-T untuk membatalkan mode transmisi genap dan ganjil secara efektif.
7. Gunakan Jejak Pendek
PCB dengan Jejak
Intinya, semakin lama jejak Anda, semakin tinggi peluang untuk crosstalk. Namun, menjaga jejak tetap pendek dapat membantu mengurangi kopling dan mengurangi crosstalk.
8. Sinyal Asinkron Terpisah
Selalu jauhkan sinyal asinkron dari sinyal frekuensi tinggi. Coba tempatkan lebih dekat ke kabel listrik untuk mengurangi kemungkinan crosstalk.
9. Kurangi Proses Jejak Paralel
Jejak yang lebih lama (lebih dari 500 mil) akan meningkatkan induktansi timbal balik dan menyebabkan crosstalk.
10. Memanfaatkan Jejak Penjaga
Anda dapat menggunakan guard traces untuk mengurangi crosstalk antar saluran transmisi. Namun, jejak ini rumit dan membuat perutean menjadi rumit.
11. Gunakan Perutean Ortogonal
Jika Anda bekerja dengan lapisan sinyal yang berdekatan, cobalah merutekannya secara ortogonal. Ini akan membantu mengurangi kopling kapasitif antar lapisan.
12. Pisahkan Jejak Anda
Jejak dengan spasi yang baik
Gunakan aturan 3W untuk memberi spasi pada semua jejak Anda dengan benar. Jika Anda tidak mematuhi aturan ini, Anda akan mendapatkan kapasitansi timbal balik yang meningkat, yang mengarah ke crosstalk. Namun menggunakan hukum 3W akan membantu meminimalkan crosstalk hingga 70%.
Catatan:Anda bisa mendapatkan pengurangan crosstalk 98% dengan menggunakan aturan 10w.
Kata Akhir
PCB
Crosstalk adalah salah satu masalah yang tak terelakkan dari PCB berkecepatan tinggi. Sayangnya, 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 kopling yang tidak disengaja antara jejak paralel atau berdekatan. Namun Anda dapat meminimalkan kemungkinan penyambungan dengan mengatur jarak baris dengan benar.
Ingatlah bahwa ada berbagai cara untuk mengurangi crosstalk, jadi pastikan untuk menggunakan salah satu yang sesuai dengan desain sirkuit Anda.
Jangan ragu untuk menghubungi kami jika Anda memiliki pertanyaan.
