高速 PCB 設計の概要: クロストークを排除する方法

高速 PCB 設計の概要: クロストークを排除する方法

PCB レイアウトでのクロストークは、悲惨な結果をもたらす可能性があります。 クロストークを修正しないと、完成した回路基板がまったく機能しなくなったり、断続的な問題が発生したりする可能性があります。 クロストークとは何か、また高速 PCB 設計でクロストークを防止する方法を見てみましょう。

高速 PCB 設計におけるクロストークとは?

クロストークは、PCB 上を走るワイヤ間の予想外の電磁結合です。 この結合により、実際には互いに接触していなくても、一方のトレースの信号パルスが他方のトレースの信号に作用しない場合があります。 これは、平行ラン間の距離が非常に狭い場合に発生することがあります。 トレースは製造目的で最小間隔を維持する場合がありますが、電磁目的には十分ではない場合があります。

2 つのルートが平行しているとします。 1 つのトレースの信号の振幅が他のトレースよりも大きい場合、他のトレースに深刻な影響を与える可能性があります。 次に、「被害者」トレースの信号は、自身の信号を送信する代わりに、攻撃者のトレースの特性インピーダンスを模倣し始めます。 これが発生すると、クロストークが発生します。

一般に、クロストークは、同一層上で隣接する 2 つの並列経路間で発生すると考えられています。 ただし、隣接する層の隣接する 2 つの並列経路間でクロストークが発生する場合があります。 これは、隣接する 2 つの信号層の間のコアの厚さが非常に小さいため、ワイド エッジ カップリングと呼ばれます。 この厚さは 4 ミル (0.1 mm) で、同じ層の 2 つのラン間の距離よりも小さい場合があります。

高速設計からの潜在的なクロストークを排除

幸いなことに、クロストークの影響を受けません。 これらの問題は、クロストークを最小限に抑える高速 PCB 設計に重点を置くことで回避できます。 以下は、オンボード クロストークの可能性を排除するのに役立ついくつかの高速設計テクノロジです。

差動ペアと他の信号経路との間の距離は、可能な限り大きくする必要があります。 経験則として、ギャップはトレース幅の 3 倍です。

クロック ルーティングと他の信号ルーティングの違いは、可能な限り大きくする必要があります。 同じギャップ = サム トレース幅のルールの 3 倍がここでも適用されます。

異なる差動ペア間の距離をできるだけ大きくしてください。 ここでの経験則はわずかに大きく、ギャップはトレース幅の 5 倍です。

非同期信号 (RESET、INTERRUPT など) は、バスや高速信号から遠く離れている必要があります。 ただし、これらの信号は回路基板の通常動作ではめったに使用されないため、オン、オフ、または電源オン信号の隣に配線できます。

ボード スタック内で互いに隣接する 2 つの信号層が、水平方向と垂直方向の配線方向を交互に変更するようにします。 ルーティング ラインが互いに平行にならないようにすることで、ワイド サイド カップリングの可能性が減少します。

隣接する 2 つの信号層間の潜在的なクロストークを減らすより良い方法は、マイクロストリップ構成でそれらの間の層をグランド プレーンから分離することです。 グランド プレーンは、2 つの信号層の間の距離を広げるだけでなく、信号層に必要なリターン パスも提供します。

設計ソフトウェアは、高速 PCB 設計でクロストークを排除するのにどのように役立つか

PCB 設計ツールには、設計のクロストークを回避するのに役立つ多くの機能が組み込まれています。 回路基板層ルールは、配線方向を指定してマイクロストリップ スタックを作成することにより、広いエッジ結合を回避するのに役立ちます。 ネットワーク カテゴリ ルールを使用すると、クロストークの影響を受けやすいネットワーク グループに、より大きなルーティング間隔を割り当てることができます。 差動ペア ルーターは、差動ペアを個別にではなく、実際のペアとして一緒にルーティングします。 このようにして、クロストークを回避するために、差動ペア ルーティング ラインと他のネットワークとの間に必要な間隔を維持することができます。

高速 PCB 設計ソフトウェアの組み込み機能に加えて、高速 PCB 設計でクロストークを排除するのに役立つ他のツールもあります。 ケーブル配線の正しい配線幅と間隔を決定するのに役立つ、さまざまなクロストーク計算機が利用できます。 高速設計に潜在的なクロストークの問題があるかどうかを分析できるシグナル インテグリティ シミュレータもあります。

クロストークが許容されると、プリント基板上で大きな問題になる可能性があります。 何を探すべきかがわかったので、クロストークを防ぐ準備が整いました。 ここで説明する設計手法と高速 PCB 設計ソフトウェアの機能は、クロストークのない設計を作成するのに役立ちます。 PCB 処理工場が説明: 高速 PCB 設計におけるクロストークとは? クロストークと潜在的なクロストークを排除する方法は?