Crosstalk nei circuiti stampati : alcuni suggerimenti pratici per ridurlo

Un effetto indesiderato che devi considerare quando progetti un circuito stampato è il crosstalk.
E’ un’interferenza tra due segnali che viaggiano paralleli per una certa lunghezza nel circuito stampato.
Ad esempio succede molto spesso che il segnale di reset di un microcontrollore venga influenzato da un segnale digitale.
Il crosstalk non dipende tanto dalla frequenza dei segnali ma dalla velocità dei fronti di salita dei segnali. Per questo motivo è un disturbo che può capitare anche nelle normali schede a microcontrollore in modo particolare quando lavori con le perifieriche UART,I2C e soprattutto SPI.
Uno strumento per valutare il crosstalk è il calcolatore presente all’interno del software Saturn PCB Toolkit.
Ti riporto qui il link per scaricare questo strumento http://www.saturnpcb.com/download-our-pcb-toolkit/
I parametri che devi inserire per calcolare il crosstalk sono:
Il tempo di salita di un segnale (scegli il segnale più veloce)
La lunghezza per cui i segnali viaggiano paralleli (coupled lenght)
La distanza tra le due tracce (conductor spacing)
La distanza tra le tracce e il piano di massa (conductor height)
Calcolo del crosstalk per circuiti stampati a due layer.
Il risultato che devi considerare è la tensione accoppiata (coupled voltage) E’ l’ampiezza in volt che il segnale più veloce emette sul segnale piu lento. Come fai a stabilire se l’influenza tra i due segnali può essere un problema? Per i segnali digitali devi considerare i livelli logici. Ad esempio i circuiti integrati e alcuni microcontrollori che lavorano a 5V, considerano che un segnale è a livello logico alto (viene anche indicato come 1 logico) quando l’ampiezza del segnale è superiore a 3.5V (nei datasheet questo parametro è indicato come ViH ). Viceversa,un segnale viene considerato a livello logico basso (viene anche indicato come 0 logico) quando la sua ampiezza è inferiore a 1.5V considerando sempre la tensione di alimentazione pari a 5V (nei datasheet questo parametro è indicato come VIL )
Il coefficiente in dB indicato nel calcolatore Saturn PCB è un valore assoluto (non dipende dall’ampiezza in V dei segnali) negativo : tanto più piccolo è questo valore, tanto minore sarà l’interferenza tra i due segnali.
Come a diminuire il crosstalk?
Prima di tutto se ti è possibile separa le due tracce tra loro: è consigliato mantenere una distanza minima pari a 3 volte la larghezza della traccia che presenta il segnale più veloce
Usa un piano di massa nel layer sottostante ai segnali
Se ti è possibile preferisci circuiti multilayer (4 o 6 strati) a circuiti con due layer in quanto il crosstalk è tanto minore quanto più piccola è la distanza tra il layer di segnale e il layer che contiene il piano di massa.
Per ridurre il crosstalk puoi inserire tra i due segnali una traccia di guardia (guard trace) : è una traccia elettricamente collegata al riferimento negativo (massa) del circuito. Questo punto è particolarmente utile nei circuiti stampati a due layer dove la distanza la distanza tra il layer di segnale e il piano di massa è in genere superiore a un millimetro (per circuiti stampati di spessore pari a 1.6mm questa distanza è circa 1.5mm).

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