PCB 트레이스 크로스토크 (EMC)

EMC 사전 적합성 분석을 위한 PCB 트레이스 크로스토크(용량성 및 유도성 결합)를 추정합니다.

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공식

V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z, V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z)

작동 방식

PCB 트레이스 크로스토크는 용량성 (전기장) 커플링과 유도성 (자기장) 커플링이라는 두 가지 메커니즘을 통해 발생합니다.커패시티브 커플링은 어그레시저 트레이스의 dV/dt에 비례하는 전류를 주입합니다. V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z. 여기서 C_m은 미터당 상호 커패시턴스이고 Z는 피해자 터미네이션 임피던스입니다.유도 커플링은 di/dt에 비례하는 전압을 주입합니다. V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z), 여기서 L_m은 미터당 상호 인덕턴스입니다.전체 크로스토크는 벡터의 합계입니다.두 메커니즘 모두 주파수에 따라 증가하기 때문에 크로스토크는 고속 디지털 트레이스에 대한 EMC의 주요 관심사입니다.니어엔드 크로스토크 (NEXT) 는 두 가지 영향을 모두 합산하고, FEXT (FAR-END CROSTALK) 에서는 두 가지가 모두 상쇄됩니다.크로스토크는 어그레시저 전압을 기준으로 dB 단위로 측정됩니다.

계산 예제

문제: 두 개의 50Ω 마이크로스트립 트레이스가 20pF/m 상호 커패시턴스 및 10nH/m 상호 인덕턴스와 병렬로 실행됩니다.어그레서는 100MHz에서 3.3V를 전달합니다.용량성, 유도성 및 전체 크로스토크를 계산합니다.

솔루션:

1.커패시티브 커플링: V_Cap = 3.3 × 20×10¹² × 2π × 10× 50 = 3.3 × 20×10¹² × 3.14×10¹Ⅴ = 2.07 mV

2.인덕티브 커플링: V_ind = 10×10× 2π × 10× (3.3/50) = 10×10× 3.14×10× 0.066 = 0.207 mV

3.전체 크로스토크: v_XT = √ (2.07² + 0.207²) = 2.08 mV

4.크로스토크 (dB): XT = 20·로그( 2.08/3300) = 20·로그( 6.3×10⁴) = −64 데시벨

결과: 이 지오메트리에서는 일반적으로 −64dB 크로스토크가 발생합니다.일반적으로 -40dB 미만은 대부분의 디지털 신호에 적합합니다.

실용적인 팁

✓트레이스 간격 늘리기 — 크로스토크는 원거리 커플링의 거리의 제곱만큼 작아집니다. 간격을 두 배로 늘리면 크로스토크가 12—18dB까지 줄어드는 경우가 많습니다.
✓민감한 피해자 흔적과 잡음이 많은 침략 흔적 사이의 여러 지점에서 접지에 연결된 가드 트레이스를 사용하여 전기장 결합을 차단합니다.
✓병렬 런 길이 최소화 — 크로스토크는 병렬 길이에 비례합니다. 인접 레이어의 직교 라우팅은 크로스토크를 크게 줄입니다.

흔한 실수

✗크로스토크는 신호 무결성 문제일 뿐 아니라 방사 방출 소스도 생성한다고 가정하면 케이블이나 커넥터로 라우팅될 경우 피해자 추적 노이즈가 재방사될 수 있습니다.
✗간격 규칙 없이 장거리 고속 신호 쌍을 병렬로 라우팅 — IPC-2141A 에서는 크로스토크를 -40dB 미만으로 유지하기 위해 3W 규칙 (트레이스 분리 ≥ 3배 트레이스 폭) 을 권장합니다.
✗동일한 레이어 레이어에 서로 다른 임피던스 라인을 혼합하면 반사가 증가하여 크로스토크가 발생할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

용량성 크로스토크와 유도성 크로스토크 중 어느 것이 더 해로울까요?

소스 임피던스와 부하 임피던스에 따라 다릅니다.대상 트레이스의 부하 임피던스가 높으면 커패시티브 크로스토크가 더 심해집니다.유도성 크로스토크는 피사체의 임피던스가 낮을 때 더 심합니다.50/100Ω 시스템의 디퍼런셜 페어의 경우 둘 다 거의 비슷하지만 IPC 2141 3W 규칙은 둘 다 제어하는 데 도움이 됩니다.

EMC 크로스토크가 복사 방출에 영향을 미칩니까?

네.피해자 트레이스에 주입된 노이즈는 I/O 커넥터로 전달되어 케이블에서 방출될 수 있습니다.이는 EMC 테스트에서 흔히 볼 수 있는 장애 모드입니다. 즉, 방사 안테나 자체가 공격자 소스가 아니라 누화를 통해 연결된 I/O 케이블입니다.

레퍼런스 플레인은 크로스토크를 줄이는 데 어떻게 도움이 될까요?

솔리드 레퍼런스 플레인은 각 트레이스 바로 아래에 낮은 임피던스 리턴 경로를 제공하여 유효 루프 영역과 인접 트레이스 간의 결합 계수를 줄입니다.스트립라인 트레이스 (두 레퍼런스 플레인 사이에 묻혀 있음) 간의 크로스토크는 동일한 트레이스 분리 시 마이크로스트립보다 6-20dB 더 좋습니다.

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