Перекрестные помехи на печатных платах:что это такое и как с ними бороться

Давайте смотреть правде в глаза. Перекрестные помехи на печатных платах — это серьезная проблема, с которой сталкивается средний инженер, работающий с высокоскоростными печатными платами.

В наши дни у нас есть более компактные платы, что делает более важным анализ перекрестных помех перед сборкой печатных плат. Однако, если вы не знакомы с концепцией перекрестных помех, противодействовать им может быть немного сложно.

Эта статья покажет вам, что такое перекрестные помехи и что нужно для их предотвращения. Мы также прольем больше света на различные типы перекрестных помех.

Вы готовы? Начнем!

Что такое перекрестные помехи в печатной плате?

Перекрестные помехи печатных плат — это нежелательная энергетическая связь между дорожками. Это приводит к тому, что сигнальные импульсы трассы замещают другую трассу, даже если они не находятся в физическом контакте. Обычно это происходит, когда вы неправильно размещаете параллельные трассы.

Следы печатной платы

Хотя вы можете возразить, что ваши конструкции придерживаются минимальных требований к зазору, этого может быть недостаточно для предотвращения электромагнитной связи.

Итак, представьте себе две параллельные дорожки на печатной плате; Если одна трасса имеет более высокую амплитуду, это может повлиять на трассу с меньшей амплитудой. В результате более слабый сигнал трассы начинает копировать, а более сильный сигнал вместо того, чтобы передавать его. Именно тогда возникают перекрестные помехи.

На самом деле взаимная индуктивность вызывает передачу тока от сильной дорожки к слабой. Затем конденсатор, созданный из взаимной емкости, делает ток одинаковым, что может повлиять на целостность сигнала цепи.

Многие дизайнеры считают, что перекрестные помехи возникают из-за параллельных линий на одном слое. Но это также может происходить в соседних строках на разных слоях.

Более того, контролировать или предотвращать перекрестные помехи может быть сложно, особенно когда они остаются незамеченными. И если вы не справитесь с этим на начальном этапе проектирования, это приведет к снижению функциональности вашей печатной платы.

Как возникают перекрестные помехи на печатной плате?

Ручной осмотр печатной платы

Обычно перекрестные помехи в цепи могут возникать двумя способами:связь по общему импедансу или электромагнитная связь. Связь общего импеданса легко проанализировать, и она возникает только тогда, когда различные сигналы имеют один и тот же обратный путь.

С другой стороны, связь электромагнитного поля более сложна и состоит из двух частей:индуктивной и емкостной.

Емкостная связь

Параллельные дорожки представляют собой параллельные пластины конденсатора быстродействующей печатной платы, разделенные диэлектриком. А электрическое поле между сильным и слабым следом — это то, что мы называем конденсатором.

Теперь, если есть изменение напряжения на конденсаторе, это изменит электрическое поле и создаст ток смещения. Этот ток смещения вызывает емкостно-связанный ток, что приводит к перекрестным помехам. Мы называем этот эффект паразитной емкостью.

Индуктивная связь

Индуктивная связь зависит от количества колец магнитного поля, вращающихся вокруг слабой дорожки. Более сильное магнитное поле трассы окружает более уязвимую линию и изменяет ее ток передачи.

Когда это происходит, более сильная линия индуцирует напряжение в соответствии с законом индукции Фарадея. Наведенное напряжение — это то, что передает ток в виде перекрестных помех.

Сцепка на обочине

Широкополосная связь возникает, когда параллельные трассы проходят близко к соседним слоям. Кроме того, это более вероятно, когда эти соседние сигнальные слои разделены сердцевиной небольшой толщины. Обычно это 0,1 миллиметра (4 мила), что недостаточно для размещения двух дорожек на одном или смежном слое.

Типы перекрестных помех

Перекрестные помехи, влияющие на передачу сигнала

Мы можем классифицировать различные типы перекрестных помех по направлению распространения, зонам измерения и количественной оценке. Давайте посмотрим поближе.

На основе направления распространения

В соответствии с этой классификацией у нас есть два типа перекрестных помех, в том числе прямые и обратные перекрестные помехи.

При прямых перекрестных помехах более уязвимая дорожка передает скопированный ток в направлении более сильного сигнала. И наоборот, обратные перекрестные помехи означают, что сигнал копий передается в противоположном направлении.

Вот формулы для перекрестных помех в зависимости от направления распространения:

На основе зоны измерения

В этой классификации также есть два типа перекрестных помех. К ним относятся:

• Перекрестные помехи на дальнем конце (FEXT):интерференция на стороне приемника более слабой трассы.
• Перекрестные помехи на ближнем конце (NEXT):относится к шуму на стороне драйвера более слабой трассы.

Кроме того, эти типы перекрестных помех могут возникать в любом месте трассы. Так что не имеет значения, односторонний это проводник или двойной.

На основе количественного анализа

Здесь у нас есть три типа перекрестных помех, в том числе:

1. Во-первых, Power-sum-FEXT (PS-FEXT):относится к абсолютному влиянию перекрестных помех на дальнем конце.
2. Во-вторых, Power-sum-NEXT (PS-NEXT):относится к относительному влиянию перекрестных помех на ближнем конце.
3. В-третьих, перекрестные помехи равного уровня мощности (PS-ELFEXT):относится к добавлению PS-NEXT и PS-FEXT.

Инопланетные перекрестные помехи

Эта перекрестная помеха более сложна, чем другие варианты. Его трудно устранить, и экранирование не обеспечит достаточную защиту. Это происходит, когда разные сигналы искажают слабый сигнал.

Что вызывает перекрестные помехи?

Измерение перекрестных помех

Вот некоторые факторы, которые могут вызвать перекрестные помехи на печатной плате:

• Пересечение может быть результатом различий в скорости распространения. Однако вы можете смягчить его за счет задержки распространения и сопоставления длины трассы.
• Увеличение скорости передачи данных также может вызвать перекрестные помехи. Плата с высокой скоростью передачи данных также будет иметь большое время нарастания. А закон Фарадея гласит, что чем больше время нарастания, тем больше перекрестные помехи.
• Заглушенные переходные отверстия на печатной плате — еще один фактор, который может создавать перекрестные помехи. Они создают отражения и звон, вызывая перекрестные помехи.
• Размер платы:для большей платы потребуются более длинные дорожки. Но более длинные дорожки могут вызывать перекрестные помехи, потому что они действуют как антенны.

Как уменьшить перекрестные помехи в печатной плате

Высокоскоростная печатная плата

Вы не всегда можете избежать перекрестных помех в высокоскоростных печатных платах. Но можно уменьшить его до незначительного уровня. Вот несколько методов, которые вы можете использовать для этой задачи.

1. Используйте только твердые опорные плоскости.

Твердые опорные плоскости могут поглощать перетекающие магнитные и электрические поля. Следовательно, он не будет распространяться и искажать другие сигналы.

2. Используйте отверстия с обратным сверлением

Плата с переходными отверстиями

Избегайте использования переходных переходников, так как они могут ослабить целостность сигнала и вызвать перекрестные помехи. Вместо этого используйте просверленные отверстия.

3. Проверьте и ограничьте перекрестные помехи

Измерьте перекрестные помехи вашей платы и убедитесь, что они не превышают 150 мВ. Кроме того, избегайте регулировки времени нарастания сигнала. Это может увеличить перекрестные помехи и привести к превышению предела.

4. Перейти на дифференциальную маршрутизацию пар

Использование сильно связанной дифференциальной маршрутизации может помочь уменьшить перекрестные помехи. Как? Поскольку нет равной связи, дифференциальные пары не будут воспринимать синфазный шум, который уменьшает перекрестные помехи.

5. Отдельные высокочастотные сигналы

Мужчина работает на печатной плате

Избегайте размещения высокочастотных сигналов рядом с другими сигналами. Разделение их поможет снизить вероятность перекрестных помех.

6. Правильно устраняйте нечетный и четный способы передачи

Вы можете использовать сеть из трех резисторов или Т-образное окончание, чтобы эффективно отменить четный и нечетный режим передачи.

7. Используйте короткие трассировки

Плата со следами

Другими словами, чем длиннее ваши дорожки, тем выше вероятность перекрестных помех. Тем не менее, короткие дорожки могут помочь уменьшить взаимосвязь и свести к минимуму перекрестные помехи.

8. Отдельные асинхронные сигналы

Всегда держите асинхронные сигналы подальше от высокочастотных сигналов. Попробуйте разместить их ближе к линиям электропередач, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех.

9. Сокращение параллельных запусков трассировки

Более длинные дорожки (свыше 500 мил) увеличат взаимную индуктивность и вызовут перекрестные помехи.

10. Используйте Guard Tracing

Вы можете использовать защитные трассировки для уменьшения перекрестных помех между линиями передачи. Однако эти трассировки сложны и усложняют маршрутизацию.

11. Использовать ортогональную маршрутизацию

Если вы работаете со смежными сигнальными слоями, попробуйте развести их ортогонально. Это поможет уменьшить емкостную связь между слоями.

12. Держите свои следы разделенными

Хорошо расположенные следы

Используйте правило 3W, чтобы правильно расположить все ваши трассы. Если вы не будете придерживаться этого правила, вы получите повышенную взаимную емкость, что приводит к перекрестным помехам. Но использование закона 3W поможет минимизировать перекрестные помехи на 70%.

Примечание. Вы можете уменьшить перекрестные помехи на 98 %, используя правило 10 Вт.

Заключительные слова

печатная плата

Перекрестные помехи — одна из неизбежных проблем высокоскоростных печатных плат. К сожалению, это невозможно исключить из вашей платы, но вы можете уменьшить его до уровня, который сохранит целостность вашего сигнала и производительность схемы.

Перекрёстные помехи являются результатом непреднамеренной связи между параллельными или соседними дорожками. Но вы можете свести к минимуму вероятность совпадения, правильно расставив линии.

Помните, что существуют различные способы уменьшения перекрестных помех, поэтому обязательно используйте тот, который подходит для вашей схемы.

Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас есть какие-либо вопросы.