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シグナルインテグリティ

Altium Designerにおけるクロストークの低減と排除の技術

PCB設計におけるクロストーク分析、低減、および排除技術デジタルボードに多数のトレースを設計している場合でも、非常に高い周波数で動作するRFボードを設計している場合でも、信号が伝播するあらゆる電子デバイスはクロストークを経験します。問題はそのクロストークがシステムが機能しないほど極端か、あるいはクロストークが何らかの許容範囲内にあるかどうかです。「許容」クロストークレベルの普遍的な基準はありませんが、シミュレーションと測定を通じて問題があることがわかった場合、クロストークを減らすために使用できる非常にシンプルな方法があります。この記事では、高速設計でクロストークを減らすための確実な方法をいくつか見ていきたいと思います。常に好ましい結果をもたらすシンプルな3つの方法を概説します。もう1つの方法も改善を提供する可能性がありますが、新しい信号整合性の問題を作り出さないように、追加の分析やシミュレーションが必要です。 PCB設計におけるクロストークとは何か？非常に単純に定義すると、クロストークは信号を運ぶ相互接続（攻撃者）が、その信号を隣接する相互接続（被害者）に誘導的または容量的に結合させる現象です。これは双方向であり、被害者と攻撃者を入れ替えても、他の条件が同じであれば、両方向にクロストークが発生すると予想されます。クロストークは信号が変化している間にのみ発生し、つまりデジタル信号のエッジレートの間に発生します。アナログ/ RF信号の場合、攻撃者の信号が常に変化しているため、隣接する相互接続上に位相がずれたレプリカが発生することがあります。純粋なDC信号はクロストークを引き起こしませんが、クロストークの被害者になることがあります。以下に示されているように、クロストークと被害者の相互接続上のクロストーク信号の強度を決定する方程式を示す簡単なグラフィックがあります。ここで示されているクロストークは、次の2つのタイプに分けられます：近端クロストーク（NEXT、赤い曲線）、時々背景クロストークと呼ばれる遠端クロストーク（FEXT、緑の曲線）、時々前方クロストークと呼ばれる両方のクロストークは、2つのトレース間の相互インダクタンス（Lm）と相互キャパシタンス（Cm）によって媒介されます。これら2つの効果が合わさって、被害線のドライバ側と受信側で見られるクロストークを決定します。クロストークを支配する数学に興味があるなら、FEXTは理想的な場合には消去できることに気づくでしょう。これはFEXTの方程式における負の符号によって示されています。理想的で完全に対称なストリップラインでは、FEXTはゼロになりますが、実際にはクロストークがゼロになることはありません。この基本的な導入を説明したところで、最も簡単なクロストーク削減技術を見てみましょう。 Altium Designerで使用できるクロストーク削減技術デジタル信号を使用し、それらの信号が十分に速いエッジレートを持って顕著なクロストークを生じさせるPCBを設計している場合は、常にこれらの信号をグラウンドプレーンの上を通すように配線するべきです。これは、最低限、信号の立ち上がり時間がns範囲またはそれ以下に短縮されるデジタル設計において、 SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWRスタックアップを使用することを意味します。このタイプのスタックアップでグラウンドプレーン上をルーティングすると、必要に応じて50オームに設定できる定義されたインピーダンスが提供されるため、指定されたインピーダンス要件を持つ標準化された単端および差動インターフェースをサポートできます。これにより、トレースの幅が特定の値に設定され、その後、トレース間の間隔値を設定するために使用できます。クロストーク削減のためのトレース間隔の拡大被害トレース上のクロストークの強度を減らす最もシンプルで効果的な方法は、トレース間の間隔を広げることです。トレースが近接している場合、攻撃トレースの周囲の電気および磁気場が強くなり、その結果、被害トレース上のクロストークも強くなります。したがって、間隔を広げることは間違いなく線間のクロストーク削減を生み出します。「3W」ルールとして知られる基本的なPCB設計の経験則があり、それは次のように述べています：

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