हाई स्पीड पीसीबी और नेटवर्क डिजाइन में क्रॉसस्टॉक को समझना

♦ परिचय

क्रॉसस्टॉक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एक सामान्य घटना है जहां एक ट्रेस या चैनल पर प्रेषित एक सिग्नल अनजाने में एक आसन्न ट्रेस पर एक सिग्नल को प्रेरित करता है। हाई-स्पीड नेटवर्क और पीसीबी डिज़ाइनों में, क्रॉसस्टॉक सिग्नल अखंडता से समझौता कर सकता है, बिट त्रुटि दर बढ़ा सकता है, और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) का कारण बन सकता है। ईथरनेट, पीसीआईई, यूएसबी और अन्य हाई-स्पीड इंटरफेस पर काम करने वाले पीसीबी डिजाइनरों और नेटवर्क इंजीनियरों के लिए इसके कारणों, माप और शमन रणनीतियों को समझना महत्वपूर्ण है।

♦ क्रॉसस्टॉक क्या है?

क्रॉसस्टॉक तब होता है जब आसन्न सिग्नल लाइनों के बीच विद्युत चुम्बकीय युग्मन एक लाइन (आक्रामक) से दूसरी (पीड़ित) में ऊर्जा स्थानांतरित करता है। यह अवांछित युग्मन समय त्रुटियों, सिग्नल विरूपण और संवेदनशील सर्किट में शोर का कारण बन सकता है।

♦ क्रॉसस्टॉक के प्रकार

निकट-अंत क्रॉसस्टॉक (एनईएक्सटी)

• आक्रामक स्रोत के समान अंत पर मापा जाता है।
• उच्च गति वाले विभेदक सिग्नलिंग में महत्वपूर्ण, जहां प्रारंभिक हस्तक्षेप सिग्नल की गुणवत्ता को कम कर सकता है।

दूर-अंत क्रॉसस्टॉक (एफईएक्सटी)

• पीड़ित लाइन के दूर के अंत में मापा जाता है, जो आक्रामक स्रोत के विपरीत है।
• लंबे ट्रेसेस और उच्च आवृत्तियों के साथ अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है।

विभेदक क्रॉसस्टॉक

• विभेदक-से-विभेदक और विभेदक-से-एकल-समाप्त युग्मन शामिल हैं।
• विशेष रूप से ईथरनेट, यूएसबी, पीसीआईई और डीडीआर मेमोरी इंटरफेस के लिए प्रासंगिक।

♦ क्रॉसस्टॉक के कारण

• ट्रेस निकटता: बारीकी से दूरी वाले ट्रेसेस कैपेसिटिव और इंडक्टिव युग्मन को बढ़ाते हैं।
• समानांतर रूटिंग: ट्रेसेस के लंबे समानांतर रन युग्मन प्रभावों को बढ़ाते हैं।
• इम्पेडेंस बेमेल: विशेषता प्रतिबाधा में असंततता सिग्नल युग्मन को बदतर बनाती है।
• लेयर स्टैकअप: खराब रिटर्न पथ या अपर्याप्त ग्राउंड प्लेन क्रॉसस्टॉक को बढ़ाते हैं।

♦ क्रॉसस्टॉक को मापना

क्रॉसस्टॉक को आमतौर पर डेसिबल (डीबी) में व्यक्त किया जाता है, जो पीड़ित पर प्रेरित वोल्टेज और आक्रामक पर मूल वोल्टेज के बीच के अनुपात को निर्धारित करता है।

मानक और उपकरण:

• टीआईए/ईआईए-568: मुड़-जोड़ी ईथरनेट केबलों के लिए एनईएक्सटी और एफईएक्सटी सीमाएं परिभाषित करता है।
• आईईईई 802.3: ईथरनेट सिग्नल अखंडता आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करता है।
• आईपीसी-2141/आईपीसी-2221: पीसीबी ट्रेस स्पेसिंग और युग्मन दिशानिर्देश प्रदान करता है।
• सिमुलेशन उपकरण: प्री-लेआउट भविष्यवाणी के लिए एसपीआईस, हाइपरलिंक्स और कीसाइट एडीएस।

♦ क्रॉसस्टॉक के प्रभाव

• सिग्नल अखंडता मुद्दे: समय उल्लंघन, आयाम त्रुटियां और झिलमिलाहट।
• बिट त्रुटियाँ: हाई-स्पीड डिजिटल संचार में बढ़ी हुई बीईआर।
• विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप: विकिरण उत्सर्जन में योगदान देता है, जो नियामक अनुपालन को प्रभावित करता है।
• सिस्टम विश्वसनीयता: मल्टी-गिगाबिट ईथरनेट, पीसीआईई, यूएसबी4 और डीडीआर मेमोरी सिस्टम में महत्वपूर्ण।

♦ शमन रणनीतियाँ

1. पीसीबी लेआउट तकनीकें

• हाई-स्पीड ट्रेसेस के बीच की दूरी बढ़ाएँ।
• नियंत्रित प्रतिबाधा के साथ विभेदक जोड़े को एक साथ रूट करें।
• रिटर्न पथ और परिरक्षण प्रदान करने के लिए ग्राउंड प्लेन लागू करें।
• समानांतर ट्रेस रन को कम करने के लिए स्टैगर्ड रूटिंग का उपयोग करें।

2. सिग्नल अखंडता अभ्यास

• रिफ्लेक्शन को कम करने के लिए हाई-स्पीड लाइनों को ठीक से समाप्त करें।
• महत्वपूर्ण संकेतों के लिए गार्ड ट्रेसेस या परिरक्षण का उपयोग करें।
• संगत ट्रेस प्रतिबाधा बनाए रखें।

3. केबल डिज़ाइन (मुड़-जोड़ी सिस्टम)

• मुड़ जोड़े स्वाभाविक रूप से विभेदक क्रॉसस्टॉक को रद्द करते हैं।
• जोड़ों के बीच निकट-अंत क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए जोड़ी घुमावों को बदलें।
• ईएमआई और अंतर-जोड़ी युग्मन को कम करने के लिए परिरक्षित केबलों (एसटीपी) का उपयोग करें।

4. सिमुलेशन और परीक्षण

• प्री-लेआउट सिमुलेशन सबसे खराब स्थिति वाले क्रॉसस्टॉक परिदृश्यों की भविष्यवाणी करते हैं।
• पोस्ट-फैब्रिकेशन परीक्षण एनईएक्सटी/एफईएक्सटी अनुपालन सुनिश्चित करता है।

♦ निष्कर्ष

क्रॉसस्टॉक हाई-स्पीड पीसीबी और नेटवर्क डिज़ाइन में एक मौलिक विचार है। इसकी तंत्र, माप विधियों और शमन रणनीतियों को समझकर, इंजीनियर सिग्नल अखंडता को बनाए रख सकते हैं, त्रुटियों को कम कर सकते हैं, और नियामक अनुपालन सुनिश्चित कर सकते हैं। उचित डिज़ाइन अभ्यास, सावधानीपूर्वक लेआउट और सिमुलेशन क्रॉसस्टॉक को कम करने और विश्वसनीय, उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम बनाने की कुंजी हैं।