Interferencia de PCB:qué es y cómo contrarrestarla

Seamos sinceros. La diafonía de PCB es un problema masivo al que se enfrenta el ingeniero promedio con PCB de alta velocidad.

En estos días, tenemos placas más compactas, por lo que es más esencial analizar la diafonía antes de ensamblar PCB. Sin embargo, si no está familiarizado con el concepto de diafonía, puede ser un poco complicado de contrarrestar.

Este artículo le mostrará qué es la diafonía y qué necesita para evitarla. También arrojaremos más luz sobre los diferentes tipos de diafonía.

¿Estás listo? ¡Comencemos!

¿Qué es Crosstalk en PCB?

La diafonía de PCB es un acoplamiento de energía no deseado entre trazas. Hace que los pulsos de señal de un rastro anulen a otro rastro incluso si no están en contacto físico. Por lo general, sucede cuando no espacias correctamente tus trazos paralelos.

Trazas de PCB

Aunque podría argumentar que sus diseños mantienen los requisitos mínimos de espacio, puede que no sea suficiente para evitar el acoplamiento electromagnético.

Entonces, piense en dos trazas paralelas en una PCB; Si un trazo tiene una amplitud más alta, podría afectar al trazo con una amplitud más baja. Como resultado, la señal del rastro más débil comienza a copiarse, la señal más fuerte en lugar de transmitirla. Ahí es cuando se produce la diafonía.

En verdad, la inductancia mutua provoca la transferencia de corriente de la traza fuerte a la débil. Luego, el capacitor creado a partir de la capacitancia mutua hace que la corriente sea similar, lo que puede afectar la integridad de la señal de un circuito.

Muchos diseñadores creen que la diafonía resulta de líneas paralelas en la misma capa. Pero también puede ocurrir en líneas adyacentes en diferentes capas.

Además, controlar o prevenir la diafonía puede ser complicado, principalmente cuando no se detecta. Y si no lo soluciona en la etapa inicial de sus diseños, degradará la funcionalidad de su PCB.

¿Cómo ocurre la diafonía en una PCB?

PCB de inspección manual

Por lo general, hay dos formas en que la diafonía puede ocurrir en un circuito:acoplamiento de impedancia común o acoplamiento electromagnético. El acoplamiento de impedancia común es fácil de analizar y solo ocurre cuando varias señales comparten una ruta de retorno.

Por otro lado, el acoplamiento de campo electromagnético es más complejo y tiene dos subdivisiones:inductivo y capacitivo.

Acoplamiento capacitivo

Las pistas paralelas son las placas paralelas de condensadores de una PCB de alta velocidad separadas por un dieléctrico. Y el campo eléctrico entre la traza fuerte y la débil es lo que llamamos condensador.

Ahora, si hay un cambio en el voltaje del capacitor, alterará el campo eléctrico y generará una corriente de desplazamiento. Esta corriente de desplazamiento provoca una corriente acoplada capacitivamente, lo que lleva a la diafonía. Llamamos a este efecto capacitancia parásita.

Acoplamiento inductivo

El acoplamiento inductivo depende del número de anillos de campo magnético que giran alrededor de la traza débil. El campo magnético de la traza más fuerte rodea la línea más vulnerable y cambia su corriente de transmisión.

Cuando esto sucede, la línea más fuerte induce voltaje de acuerdo con la ley de inducción de Faraday. La tensión inducida es la que transmite la corriente en forma de diafonía.

Acoplamiento lateral

El acoplamiento lateral ocurre cuando las trazas paralelas corren cerca de las capas adyacentes. Además, es más probable que ocurra cuando una pequeña cantidad de grosor del núcleo separa estas capas de señal adyacentes. Por lo general, es de 0,1 milímetros (4 mils), que no es suficiente para espaciar dos trazos en la misma capa o en una adyacente.

Tipos de diafonía

Diafonía que afecta la transmisión de señales

Podemos clasificar varios tipos de diafonía en dirección de propagación, zonas de medición y cuantificación. Echemos un vistazo más de cerca.

Basado en la dirección de propagación

Bajo esta clasificación, tenemos dos tipos de diafonía, incluida la diafonía hacia adelante y hacia atrás.

Para diafonía directa, la traza más vulnerable transmite la corriente copiada en la dirección de la señal más fuerte. Por el contrario, la diafonía hacia atrás significa que la señal de las copias se transmite en la dirección opuesta.

Estas son las fórmulas para diafonía basadas en la dirección de propagación:

Basado en la Zona de Medición

También hay dos tipos de diafonía bajo esta clasificación. Incluyen:

• Far-end crosstalk (FEXT):se refiere a la interferencia en el lado del receptor de la pista más débil.
• Crosstalk de extremo cercano (NEXT):se refiere al ruido en el lado del controlador de la pista más débil.

Además, estos tipos de diafonía pueden ocurrir en cualquier parte de una traza. Por lo tanto, no importa si se trata de un conductor de un solo extremo o de dos extremos.

Basado en cuantificación

Aquí, tenemos tres tipos de diafonía, que incluyen:

1. Primero, Power-sum-FEXT (PS-FEXT):se refiere a la influencia absoluta de la diafonía del extremo lejano.
2. Segundo, Power-sum-NEXT (PS-NEXT):se refiere al efecto relativo de la diafonía de extremo cercano.
3. Tercero, Power-sum-equal-level-crosstalk (PS-ELFEXT):se refiere a la adición de PS-NEXT y PS-FEXT.

Alien Crosstalk

Esta diafonía es más complicada que otras variantes. Es difícil de eliminar y el blindaje no proporcionará suficiente protección. Ocurre cuando diferentes señales corrompen la señal débil.

¿Qué causa la diafonía?

Medición de diafonía

Aquí hay algunos factores que pueden causar diafonía en PCB:

• El cruce puede ser el resultado de diferencias de velocidad de propagación. Sin embargo, puede mitigarlo mediante el retraso de propagación y la coincidencia de longitud de seguimiento.
• Las tasas de datos aumentadas también pueden causar diafonía. Una placa que tiene velocidades de datos altas también tendrá tiempos de subida altos. Y la ley de Faraday establece que un mayor tiempo de subida aumentará la diafonía.
• Las vías de PCB cortadas son otro factor que puede generar diafonía. Crean reflejos y timbres, lo que provoca diafonía.
• Tamaño del tablero:un tablero más grande requerirá trazos más largos. Pero las trazas más largas pueden causar diafonía, porque actúan como antenas.

Cómo reducir la diafonía en PCB

PCB de alta velocidad

No siempre se puede evitar la diafonía en las PCB de alta velocidad. Pero puedes reducirlo a un nivel insignificante. Aquí hay algunos métodos que puede usar para esta tarea.

1. Use solo planos de referencia sólidos.

Los planos de referencia sólidos pueden absorber los campos magnéticos y eléctricos desbordantes. Por lo tanto, no se propagará ni corromperá otras señales.

2. Usar vías retroperforadas

PCB con Vias

Evite el uso de subwoofers, ya que pueden amortiguar la integridad de la señal y causar diafonía. En su lugar, opte por vías retroperforadas.

3. Comprobar y limitar la diafonía

Mida la diafonía de su placa y asegúrese de que no supere los 150 mV. Además, evite ajustar el tiempo de subida de la señal. Podría aumentar la diafonía y potencialmente establecerla más allá del límite.

4. Opte por el enrutamiento de pares diferenciales

El uso de enrutamiento diferencial estrechamente acoplado puede ayudar a reducir la diafonía. ¿Cómo? Dado que no existe un acoplamiento igual, los pares diferenciales no aceptarán el ruido de modo común, lo que mitiga la diafonía.

5. Señales separadas de alta frecuencia

Hombre trabajando en PCB

Evite colocar señales de alta frecuencia cerca de otras señales. Separarlos ayudaría a reducir las posibilidades de diafonía.

6. Eliminar correctamente el modo de transmisión par e impar

Puede usar una red de tres resistencias o una terminación en T para cancelar el modo de transmisión par e impar de manera efectiva.

7. Utilizar Trazos Cortos

PCB con huellas

Dicho esto, cuanto más largas sean sus trazas, mayores serán las posibilidades de diafonía. Sin embargo, mantener los rastros cortos puede ayudar a reducir el acoplamiento y mitigar la diafonía.

8. Señales asíncronas separadas

Mantenga siempre las señales asíncronas lejos de las señales de alta frecuencia. Intente colocarlos más cerca de las líneas eléctricas para reducir la posibilidad de diafonía.

9. Reduzca las ejecuciones de seguimiento en paralelo

Trazas más prolongadas (más de 500 milésimas de pulgada) aumentarán la inductancia mutua y causarán diafonía.

10. Utilizar seguimientos de guardia

Puede utilizar seguimientos de protección para mitigar las diafonías entre las líneas de transmisión. Sin embargo, estos rastros son engañosos y complican el enrutamiento.

11. Usar enrutamiento ortogonal

Si está trabajando con capas de señal adyacentes, intente enrutarlas ortogonalmente. Ayudaría a reducir el acoplamiento capacitivo entre las capas.

12. Mantenga sus huellas separadas

Rastros bien espaciados

Usa la regla de 3W para espaciar correctamente todos tus trazos. Si no cumple con esta regla, obtendrá una mayor capacitancia mutua, lo que conduce a la diafonía. Pero el uso de la ley de 3W ayudará a minimizar la diafonía en un 70 %.

Nota:puede obtener una reducción del 98 % de la diafonía utilizando la regla de 10w.

Palabras finales

PCB

La diafonía es uno de los problemas inevitables de las PCB de alta velocidad. Desafortunadamente, es imposible eliminarlo de su placa, pero puede reducirlo a un nivel que mantenga seguros la integridad de su señal y el rendimiento del circuito.

La diafonía es el resultado del acoplamiento involuntario entre trazas paralelas o adyacentes. Pero puede minimizar las posibilidades de acoplamiento al espaciar correctamente sus líneas.

Recuerde que hay varias formas de reducir la diafonía, así que asegúrese de usar una que se ajuste al diseño de su circuito.

No dude en ponerse en contacto con nosotros si tiene alguna pregunta.