PCB berjaya ditambahkan ke troli beli-belah anda
Strategi Reka Bentuk Crosstalk antara Dua Talian Mikrostrip Selari pada PCB Berdasarkan Analisis Simulasi
Berdasarkan teori elektromagnet, gangguan silang merujuk kepada nyahgandingan elektromagnet antara dua talian isyarat. Ia ialah sejenis hingar yang disebabkan oleh kapasiti saling dan impedans saling antara talian isyarat.
Dalam Rajah 1, antara dua garisan selari, satu garisan mempunyai sumber isyarat (VS) dan impedans dalaman (ZOG) pada satu hujung talian dan impedans beban (ZLG) di hujung yang lain, membentuk gelung tertutup melalui bumi. Talian yang satu lagi hanya mempunyai rintangan (ZATAUdan ZLR) dengan struktur satu wayar ke bumi. Dalam rajah ini, wayar dengan sumber isyarat dipanggil talian pancaran atau talian gangguan manakala talian yang satu lagi dipanggil talian penerima atau talian terganggu.
Apabila isyarat pemacu (1) melalui talian pancaran, isyarat gangguan akan terhasil dengan arah yang bertentangan akibat kapasitans parasit antara talian pancaran dan talian penerima. Pada masa yang sama, ketika melalui talian pancaran, isyarat pemacu akan menghasilkan medan magnet berubah-ubah yang mengaruh arus gangguan dengan arah yang bertentangan dengan isyarat pemacu selepas merentasi talian penerima. Arus gangguan (2) dan (3) ialah isyarat gangguan silang (crosstalk) yang dinyahganding daripada talian pancaran ke talian penerima oleh isyarat pemacu. Inilah cara gangguan silang (crosstalk) terhasil.
Crosstalk boleh diklasifikasikan kepada crosstalk kapasitif dan crosstalk induktans berdasarkan punca yang berbeza. Crosstalk kapasitif merujuk kepada voltan terkopel yang dijana oleh kapasitans terkopel bersama manakala crosstalk induktans merujuk kepada arus terkopel yang dijana oleh induktans terkopel bersama.
Berdasarkan tempat berlakunya gangguan silang, gangguan silang boleh diklasifikasikan kepada gangguan silang hujung dekat dan gangguan silang hujung jauh. Dalam Rajah 1, gangguan silang hujung dekat ialah isyarat gangguan yang dijana oleh isyarat pemacu (1) di hujung dekat talian penerima, dengan menambah gangguan silang kapasitif (3) dan gangguan silang induktans (2). Gangguan silang hujung jauh ialah isyarat gangguan yang dijana oleh isyarat pemacu (1) di hujung jauh talian penerima, yang secara songsang menambah gangguan silang kapasitif (3) dan gangguan silang induktans (2).
Crosstalk dijana antara dua wayar kerana nyahgandingan elektromagnet. Analisis crosstalk adalah untuk mengira voltan gangguan daripada induktans isyarat pemacu ke kedua-dua belah talian penerima dengan isyarat pemacu yang dibekalkan. VR(0) ditetapkan sebagai voltan gangguan pada talian penerima apabila X sama dengan 0 manakala VR(L) ialah voltan gangguan pada talian penerima apabila X sama dengan L. Kemudian dua formula boleh diperoleh:
Model Simulasi Analisis Crosstalk antara Dua Talian Mikro-strip Selari
Dalam artikel ini, papan litar bercetak yang digunakan dalam model simulasi mempunyai saiz 20x60mm (lebar x panjang) dengan gentian kaca berlamina epoksi FR-4 sebagai bahan substrat yang mempunyai pemalar dielektrik 4.7. Rajah 2 menunjukkan pandangan keratan rentas model simulasi.
Dalam Rajah 2, lapisan atas ialah satah pendawaian (satah talian mikro-strip) manakala lapisan bawah ialah satah imej. Talian mikro-strip ialah pengalir ideal manakala satah imej ialah satah pengalir ideal. Parameter bagi dua talian mikro-strip selari boleh ditetapkan seperti berikut:L=40mm,W=0.5mm,H=0.3mm. Menurut formula bagi impedans ciri talian mikro-jalur (
), impedans ciri garis mikro-strip ialah 50Ω.
Nota: 0.38mm
Dalam Rajah 3, port pertama (P1) bagi talian pancaran ialah port sumber gangguan. Setiap port talian pancaran dan talian penerimaan disambungkan melalui impedans ciri (50Ω), jadi isyarat gangguan silang akan diserap apabila ia sampai ke hujung dekat dan hujung jauh talian penerimaan dan tidak akan kembali untuk mempengaruhi gangguan silang. Oleh itu, dua talian mikro-strip membentuk rangkaian 4-port yang parameternya S13 dan S14 boleh dikira masing-masing: TR0merujuk kepada gangguan silang talian pancaran ke hujung dekat talian penerima semasa TRLmerujuk kepada gangguan silang talian pancaran ke hujung jauh talian penerimaan.
,
.
Keputusan Simulasi dan Perbincangan
• Keamatan gangguan silang dengan perubahan frekuensi
Isyarat biasa adalah hasil daripada penambahan gelombang sinus dengan frekuensi dan julat yang berbeza, jadi adalah bermakna untuk mengkaji bagaimana gangguan silang dua talian mikro-strip berubah dengan frekuensi satu gelombang sinus tunggal.
Untuk mencerminkan peraturan dengan lebih baik, Rajah 4 diperoleh dengan jarak pendawaian(D)dengan nilai 1mm dan 3mm, menunjukkan bagaimana gangguan silang berubah mengikut frekuensi.
Dapat disimpulkan bahawa dalam julat frekuensi rendah, keamatan gangguan silang mempunyai hubungan linear dengan frekuensi isyarat, sama ada gangguan silang hujung jauh atau gangguan silang hujung dekat. Dalam julat frekuensi tinggi, gangguan silang hujung dekat (S13) menunjukkan getaran berkala yang kuat dengan peningkatan frekuensi manakala gangguan silang hujung jauh berkelakuan sebaliknya. Ini bergantung terutamanya pada jarak yang berbeza antara gangguan silang kapasitif dan hujung dekat/jauh, serta antara gangguan silang induktans dan hujung dekat/jauh. Dalam julat frekuensi rendah, fasa daripada kedua-dua jenis gangguan silang dan port ini kebanyakannya adalah sama dan fasa relatif isyarat bersepadu mempunyai sedikit pengaruh terhadap magnitud. Namun, dalam julat frekuensi tinggi, pada frekuensi yang berbeza, fasa daripada kedua-dua jenis isyarat gangguan silang dan port ini mempunyai perbezaan yang besar apabila magnitud isyarat bersepadu daripada kedua-dua jenis gangguan ini akan berubah secara berkala dengan perubahan fasa, yang membawa kepada getaran berkala yang jelas bagi magnitud mengikut frekuensi.
• Keamatan gangguan silang dengan perubahan jarak pendawaian
Apabila jarak pendawaian(L)ialah 40mm, ketebalan substrat(H)0.3mm dan frekuensi isyarat 2GHz dan 5GHz, keputusan simulasi keamatan gangguan silang dengan perubahan jarak pendawaian ditunjukkan dalam Rajah 5.
Dalam rajah ini, kedua-dua gangguan silang hujung dekat dan gangguan silang hujung jauh berkurangan apabila jarak pendawaian menjadi lebih besar. Apabila jarak pendawaian mula meningkat daripada 1 mm, gangguan silang berkurangan dengan cepat tetapi apabila jarak terus meningkat, pengurangan gangguan silang menjadi perlahan. Jelas sekali, apabila jarak lebih besar daripada tiga kali ganda lebar, gangguan silang antara talian tidak dapat diperbaiki lagi dengan membesarkan jarak antara talian. Ini kerana apabila dua talian mikro-stripe menjadi terlalu dekat, kedua-dua kapasitans dan induktans saling akan menjadi begitu ketara sehingga gangguan silang meningkat dengan banyak.
• Keamatan crosstalk dengan perubahan panjang pendawaian
Apabila jarak pendawaian(D)ialah 2.0mm, ketebalan substrat(H)0.3mm dan frekuensi isyarat 1GHz dan 5GHz, keputusan simulasi keamatan gangguan silang dengan perubahan panjang ditunjukkan dalam Rajah 6.
Menurut Rajah 6, apabila frekuensi isyarat ialah 1GHz, keamatan gangguan silang hujung dekat dan gangguan silang hujung jauh kedua-duanya meningkat dengan pertambahan panjang selari. Apabila frekuensi isyarat mencapai 5GHz, keamatan gangguan silang hujung dekat meningkat dengan pertambahan panjang selari dan keamatan gangguan silang hujung jauh berayun dengan pertambahan panjang selari. Ini kerana panjang elektrik pendawaian adalah lebih besar pada frekuensi 5GHz berbanding pada frekuensi 1GHz dan fasa gangguan silang kapasitif serta gangguan silang induktif adalah berbeza dengan ketara pada port hujung jauh.
• Keamatan crosstalk dengan perubahan jarak antara talian mikro-jalur dan satah imej
Untuk mengekalkan impedans ciri talian mikro-jalur pada 50Ω, nilaiL/Pmesti dikekalkan pada 1.82. Oleh itu, dalam model simulasi, nisbah antara lebar garisan dan ketinggian satah imej juga dikekalkan pada 1.82.
a. Apabila panjang pendawaian(L)ialah 40mm, jarak antara dua garisan dan tepiannya 1.0mm serta frekuensi isyarat 2GHz dan 5GHz, keamatan gangguan silang dengan perubahan ketebalan satah imej ditunjukkan dalam Rajah 7.
Menurut Rajah 7, keamatan gangguan silang meningkat dengan pertambahan jarak, terutamanya apabila jarak berada dalam julat 0 hingga 0.4 mm, keamatan gangguan silang meningkat dengan begitu cepat dan kelajuannya cenderung menjadi perlahan dengan pertambahan ketinggian yang berterusan. ApabilaHlebih daripada 0.5mm, keamatan gangguan silang pada asasnya kekal tidak berubah. Ini kerana apabila talian mikro-strip terlalu hampir dengan satah imej, nyahgandingan antara pendawaian dan satah imej menjadi begitu kuat manakala nyahgandingan antara pendawaian adalah sangat kecil. Apabila jarak antara talian mikro-strip dan satah imej meningkat, nyahgandingan antara pendawaian dan satah imej menjadi lemah manakala nyahgandingan antara pendawaian meningkat. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan jarak antara talian mikro-strip dan satah imej, nyahgandingan antara pendawaian dan satah imej menjadi begitu lemah sehingga ia mempunyai sedikit pengaruh terhadap nyahgandingan antara pendawaian. Berdasarkan analisis di atas, jarak antara talian penghantaran dan satah imej harus dikecilkan sebanyak mungkin untuk mengurangkan gangguan silang dengan lebih baik.
b. Apabila panjang pendawaian(L)ialah 40mm, jarak antara garisan adalah dua kali lebar garisan dan frekuensi isyarat 2GHz dan 5GHz, keamatan gangguan silang dengan perubahan ketebalan satah imej ditunjukkan dalam Rajah 8.
Menurut Rajah 8, keamatan gangguan silang hampir tidak berubah dengan jarak antara dua talian yang merupakan gandaan lebar talian.
Berdasarkan perbandingan antara dua keadaan tersebut, dapat disimpulkan bahawa dengan peningkatan jarak antara talian mikro-jalur dan satah imej, jika jarak antara talian kekal tidak berubah, keamatan gangguan silang akan diperbesarkan dan jika jarak tersebut merupakan gandaan tetap lebar talian, keamatan gangguan silang hampir tidak berubah.
Strategi Reka Bentuk PCB
Menurut hasil analisis di atas, beberapa strategi ditunjukkan di bawah untuk mengurangkan gangguan silang antara talian penghantaran:
a. UntukPCB digital berkelajuan tinggi, komponen yang kelajuan tepi naik dan tepi turun jamnya agak perlahan harus dipilih supaya frekuensi isyarat dapat dikurangkan.
b. Susun atur selari jarak jauh harus dielakkan.
c. Jarak antara dua garisan perlu diperbesarkan.
d.Reka bentuk PCB berbilang lapisanharus digunakan supaya ketinggian antara talian penghantaran dan satah imej dapat dikurangkan. Jika PCB dengan satah imej yang lebih tinggi perlu digunakan, jarak antara talian penghantaran harus diperbesarkan.
Sumber yang Berguna
•3 Teknik Penghalaan dalam Reka Bentuk Litar Isyarat Berkelajuan Tinggi PCB
•Teknik Penghalaan PCB Berkelajuan Tinggi untuk Mengurangkan Pengaruh EMI
•Kaedah Penindasan Pantulan Isyarat dalam Susun Atur PCB Berkelajuan Tinggi
•Salah Faham dan Strategi dalam Reka Bentuk PCB Berkelajuan Tinggi
•7 Masalah Biasa dalam Fabrikasi PCB Berbilang Lapisan Frekuensi Tinggi dan Kelajuan Tinggi serta Penyelesaiannya
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Ciri Penuh daripada PCBCart - Pelbagai Pilihan Nilai Tambah
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Termaju daripada PCBCart - Bermula dari 1 keping