La diaphonie des PCB :qu'est-ce que c'est et comment la contrer

Avouons-le. La diaphonie des PCB est un énorme problème auquel l'ingénieur moyen est confronté avec les PCB à haute vitesse.

De nos jours, nous avons des cartes plus compactes, ce qui rend plus essentiel l'analyse de la diaphonie avant d'assembler les PCB. Cependant, si vous n'êtes pas familier avec le concept de diaphonie, cela peut être un peu difficile à contrer.

Cet article vous montrera ce qu'est la diaphonie et ce dont vous avez besoin pour l'empêcher. Nous allons également jeter plus de lumière sur les différents types de diaphonie.

Es-tu prêt? Commençons !

Qu'est-ce que la diaphonie dans PCB ?

La diaphonie PCB est un couplage d'énergie indésirable entre les traces. Cela fait en sorte que les impulsions de signal d'une trace remplacent une autre trace même si elles ne sont pas en contact physique. Cela se produit généralement lorsque vous n'espacez pas correctement vos traces parallèles.

Traces de PCB

Bien que vous puissiez affirmer que vos conceptions respectent les exigences d'espacement minimum, cela peut ne pas être suffisant pour empêcher le couplage électromagnétique.

Alors, pensez à deux traces parallèles sur un PCB ; Si une trace a une amplitude plus élevée, cela pourrait affecter la trace avec une amplitude plus faible. En conséquence, le signal de la trace la plus faible commence à copier, le signal le plus fort au lieu de le transmettre. C'est alors que la diaphonie se produit.

En vérité, l'inductance mutuelle provoque le transfert de courant de la trace forte à la trace faible. Ensuite, le condensateur créé à partir de la capacité mutuelle rend le courant similaire, ce qui peut affecter l'intégrité du signal d'un circuit.

De nombreux concepteurs pensent que la diaphonie résulte de lignes parallèles sur la même couche. Mais cela peut également se produire dans des lignes adjacentes sur différents calques.

De plus, contrôler ou empêcher la diaphonie peut être délicat, principalement lorsqu'elle n'est pas détectée. Et si vous ne vous en occupez pas au stade initial de vos conceptions, cela dégraderait les fonctionnalités de votre PCB.

Comment se produit la diaphonie sur un PCB ?

Inspection manuelle du PCB

Il y a généralement deux façons dont la diaphonie peut se produire dans un circuit :le couplage d'impédance commun ou le couplage électromagnétique. Le couplage d'impédance commun est facile à analyser et ne se produit que lorsque plusieurs signaux partagent un chemin de retour.

D'autre part, le couplage de champ électromagnétique est plus complexe et comporte deux sous-divisions :inductive et capacitive.

Couplage capacitif

Les pistes parallèles sont les plaques parallèles du condensateur d'un circuit imprimé à grande vitesse séparées par un diélectrique. Et le champ électrique entre la trace forte et faible est ce que nous appelons le condensateur.

Maintenant, s'il y a un changement de tension du condensateur, cela modifiera le champ électrique et générera un courant de déplacement. Ce courant de déplacement provoque un courant à couplage capacitif, conduisant à une diaphonie. Nous appelons cet effet une capacité parasite.

Couplage inductif

Le couplage inductif dépend du nombre d'anneaux de champ magnétique tournant autour de la trace faible. Le champ magnétique de la trace la plus forte entoure la ligne la plus vulnérable et modifie son courant de transmission.

Lorsque cela se produit, la ligne la plus forte induit une tension selon la loi d'induction de Faraday. La tension induite est ce qui transmet le courant sous forme de diaphonie.

Couplage large

Le couplage transversal se produit lorsque des traces parallèles passent à proximité de couches adjacentes. De plus, cela est plus susceptible de se produire lorsqu'une petite quantité d'épaisseur de noyau sépare ces couches de signal adjacentes. Habituellement, il s'agit de 0,1 millimètre (4 mils), ce qui est loin d'être suffisant pour espacer deux tracés sur le même calque ou sur un calque adjacent.

Types de diaphonie

Diaphonie affectant la transmission du signal

Nous pouvons classer différents types de diaphonie en direction de propagation, zones de mesure et quantification. Regardons de plus près.

Basé sur la direction de propagation

Dans cette classification, nous avons deux types de diaphonie, y compris la diaphonie vers l'avant et vers l'arrière.

Pour la diaphonie directe, la trace la plus vulnérable transmet le courant copié dans la direction du signal le plus fort. Au contraire, la diaphonie arrière signifie que le signal des copies est transmis dans la direction opposée.

Voici les formules de diaphonie basées sur la direction de propagation :

Basé sur la zone de mesure

Il existe également deux types de diaphonie dans cette classification. Ils incluent :

• Far-end crosstalk (FEXT) :fait référence à l'interférence du côté récepteur de la trace la plus faible.
• Near-end crosstalk (NEXT) :fait référence au bruit du côté conducteur de la trace la plus faible.

De plus, ces types de diaphonie peuvent se produire n'importe où sur une trace. Ainsi, peu importe qu'il s'agisse d'un conducteur asymétrique ou double.

Basé sur la quantification

Ici, nous avons trois types de diaphonie, qui incluent :

1. Tout d'abord, Power-sum-FEXT (PS-FEXT) :fait référence à l'influence absolue de la diaphonie distante.
2. Deuxièmement, Power-sum-NEXT (PS-NEXT) :fait référence à l'effet relatif de la paradiaphonie.
3. Troisièmement, Power-sum-equal-level-crosstalk (PS-ELFEXT) :fait référence à l'ajout de PS-NEXT et PS-FEXT.

diaphonie extraterrestre

Cette diaphonie est plus compliquée que d'autres variantes. Il est difficile à éliminer et le blindage ne fournira pas une protection suffisante. Cela se produit lorsque différents signaux corrompent le signal faible.

Qu'est-ce qui cause la diaphonie ?

Mesure de la diaphonie

Voici quelques facteurs qui peuvent causer la diaphonie des PCB :

• Le croisement peut être le résultat de différences de vitesse de propagation. Cependant, vous pouvez l'atténuer grâce au délai de propagation et à la correspondance de longueur de trace.
• Des débits de données accrus peuvent également provoquer une diaphonie. Une carte qui a des débits de données élevés aura également des temps de montée élevés. Et la loi de Faraday stipule qu'un temps de montée plus élevé augmentera la diaphonie.
• Les vias PCB stubbed sont un autre facteur qui peut générer une diaphonie. Ils créent des réflexions et des sonneries, provoquant une diaphonie.
• Taille de la carte :une carte plus grande nécessitera des traces plus longues. Mais des traces plus longues peuvent provoquer une diaphonie, car elles agissent comme des antennes.

Comment réduire la diaphonie dans les PCB

PCB haute vitesse

Vous ne pouvez pas toujours éviter la diaphonie dans les PCB à grande vitesse. Mais vous pouvez le réduire à un niveau insignifiant. Voici quelques méthodes que vous pouvez utiliser pour cette tâche.

1. Utilisez uniquement des plans de référence solides.

Les plans de référence solides peuvent absorber les champs magnétiques et électriques débordants. Par conséquent, il ne se propagera pas et ne corrompra pas d'autres signaux.

2. Utiliser des vias rétro-percés

PCB avec vias

Évitez d'utiliser des sous-marins via car ils peuvent nuire à l'intégrité du signal et provoquer une diaphonie. Au lieu de cela, optez pour des vias percés.

3. Vérifier et limiter la diaphonie

Mesurez la diaphonie de votre carte et assurez-vous qu'elle ne dépasse pas 150 mV. Aussi, évitez de régler le temps de montée de votre signal. Cela pourrait augmenter la diaphonie et potentiellement la faire dépasser la limite.

4. Optez pour le routage différentiel par paires

L'utilisation d'un routage différentiel étroitement couplé peut aider à réduire la diaphonie. Comment? Puisqu'il n'y a pas de couplage égal, les paires différentielles n'accepteront pas le bruit de mode commun, ce qui atténue la diaphonie.

5. Signaux haute fréquence séparés

Homme travaillant sur PCB

Évitez de placer des signaux haute fréquence à proximité d'autres signaux. Les séparer aiderait à réduire les risques de diaphonie.

6. Éliminer correctement les modes de transmission pairs et impairs

Vous pouvez utiliser un réseau à trois résistances ou une terminaison en T pour annuler efficacement le mode de transmission pair et impair.

7. Utiliser des traces courtes

PCB avec traces

Autrement dit, plus vos traces sont longues, plus les risques de diaphonie sont élevés. Cependant, garder des traces courtes peut aider à réduire le couplage et à atténuer la diaphonie.

8. Signaux asynchrones séparés

Tenez toujours les signaux asynchrones éloignés des signaux haute fréquence. Essayez de les rapprocher des lignes électriques pour réduire les risques de diaphonie.

9. Réduire les exécutions de trace parallèles

Des traces plus prolongées (plus de 500 mils) augmenteront l'inductance mutuelle et provoqueront une diaphonie.

10. Utiliser les traces de garde

Vous pouvez utiliser des traces de garde pour atténuer les diaphonies entre les lignes de transmission. Cependant, ces traces sont délicates et compliquent le routage.

11. Utiliser le routage orthogonal

Si vous travaillez avec des couches de signal adjacentes, essayez de les router orthogonalement. Cela aiderait à réduire le couplage capacitif entre les couches.

12. Gardez vos traces séparées

Traces bien espacées

Utilisez la règle des 3W pour espacer correctement toutes vos traces. Si vous ne respectez pas cette règle, vous obtiendrez une capacité mutuelle accrue, ce qui entraînera une diaphonie. Mais l'utilisation de la loi 3W aidera à minimiser la diaphonie de 70 %.

Remarque :Vous pouvez obtenir une réduction de 98 % de la diaphonie en utilisant la règle des 10 w.

Derniers mots

PCB

La diaphonie est l'un des problèmes inévitables des PCB à grande vitesse. Malheureusement, il est impossible de l'éliminer de votre carte, mais vous pouvez le réduire à un niveau qui préserve l'intégrité de votre signal et les performances de votre circuit.

La diaphonie est le résultat d'un couplage involontaire entre des traces parallèles ou adjacentes. Mais vous pouvez minimiser les risques de couplage en espaçant correctement vos lignes.

N'oubliez pas qu'il existe plusieurs façons de réduire la diaphonie, alors assurez-vous d'en utiliser une qui correspond à la conception de votre circuit.

N'hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions.