Apa itu Crosstalk PCB?
Crosstalk PCB adalah fenomena gangguan tegangan yang disebabkan oleh kopling induktif atau kopling kapasitif antara dua jalur sinyal.
Jenis-jenis Crosstalk
Menurut berbagai sumber, terdapat tiga jenis crosstalk pada PCB: kopling induktif, kopling kapasitif, dan kopling resistansi bersama.
kopling induktif
Kopling induktif adalah proses transfer energi antara dua benda melalui lingkaran induktif. Ini merupakan salah satu jenis kopling elektromagnetik, di mana satu lingkaran kawat menginduksi arus listrik pada lingkaran kawat lainnya. Jenis kopling ini umumnya digunakan pada trafo listrik, di mana belitan primer dan sekunder saling terhubung secara induktif.
kopling kapasitif
Kopling kapasitif adalah transfer energi antara dua konduktor listrik melalui medan listrik yang berada di antaranya. Jenis kopling ini digunakan dalam banyak rangkaian elektronik, seperti sensor, filter, dan osilator. Kopling ini juga digunakan untuk menghubungkan sinyal dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya.
kopling impedansi bersama
Kopling impedansi bersama adalah jenis sambungan rangkaian listrik di mana dua rangkaian dihubungkan satu sama lain melalui sebuah resistor. Jenis sambungan ini mengurangi tingkat gangguan dalam rangkaian dengan memastikan bahwa sinyal pada kedua rangkaian tetap pada tingkat yang sama dan tidak saling mengganggu.
Bagaimana Crosstalk Terjadi?
Gangguan silang mungkin disebabkan oleh parameter lapisan papan PCB, jarak antar jalur sinyal, karakteristik listrik pada ujung pengirim dan penerima, serta metode penyambungan kabel.
Kopling induktif dan kapasitif
Dalam rangkaian digital, kopling induktif lebih umum daripada kopling kapasitif karena sifat impedansi rendah dari penggerak digital. Kopling kapasitif lebih umum ditemukan pada rangkaian berimpedansi tinggi (biasanya analog).
Misalkan ada dua jalur mikrostrip dengan jarak pusat-ke-pusat d, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Saat sinyal merambat sepanjang saluran transmisi, garis-garis medan listrik dan magnet mulai muncul di sekitar saluran mikrostrip.
Namun, garis-garis medan listrik dan magnet ini tidak hanya terdapat pada sinyal dan lingkaran yang terkait dengannya, tetapi juga meluas ke area di sekitarnya. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Medan listrik yang dipancarkan dari saluran transmisi berakhir pada struktur logam yang berdekatan; medan magnet di sekitar saluran transmisi juga sebagian mengelilingi struktur logam yang berdekatan.
Bagaimana jika struktur logam yang berdekatan itu ternyata merupakan saluran transmisi sinyal?
Maka, jalur transmisi tersebut akan menghasilkan arus dan tegangan yang sesuai akibat medan elektromagnetik yang diterima dari jalur mikrostrip yang mengganggu.
Jelas, jika jarak antara dua jalur transmisi ditingkatkan, medan yang diterima oleh jalur transmisi sinyal akan menurun dengan cepat.
Namun, jika jaraknya cukup dekat, jalur transmisi sinyal yang berdekatan akan menangkap arus gangguan yang dihasilkan. Dan arus gangguan ini, seperti arus sinyal asli pada jalur transmisi, juga akan mengalami pantulan, distorsi, dan radiasi.
model crosstalk
Kopling kapasitif dan kopling induktif, serta pengaruhnya masing-masing terhadap crosstalk, sangat bergantung pada tata letak sirkuit. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, ini adalah model crosstalk yang disederhanakan, yang mencakup kopling kapasitif dan induktif antara jalur transmisi pada PCB.
Kapasitansi (CG), yang terdapat di antara jalur mikrostrip dan bidang referensi, memengaruhi impedansi karakteristik dan penundaan propagasi sinyal pada jalur mikrostrip.
CM, yang terdapat di antara garis mikrostrip, merupakan kopling kapasitif.
LA dan LV masing-masing mewakili induktansi diri dari jalur mikrostrip pengganggu dan yang terganggu, yang akan memengaruhi impedansi karakteristik dan penundaan propagasi sinyal pada jalur mikrostrip.
LM, yang merupakan singkatan dari induktansi timbal balik LM antara dua jalur mikrostrip, menyebabkan kopling induktif antara kedua sirkuit.
Perhitungan induktansi kopling
Pada saluran mikrostrip dengan dimensi elektrik yang kecil, kopling kapasitif muncul sebagai sumber arus yang dihubungkan secara paralel dengan saluran yang terpengaruh, sedangkan kopling induktif muncul sebagai sumber tegangan yang dihubungkan secara seri dengan saluran yang terpengaruh. Hubungan spesifik tersebut ditunjukkan dalam rumus berikut:
di mana IC dan VL masing-masing merupakan arus yang diinduksi secara kapasitif dan tegangan yang diinduksi secara induktif pada jalur mikrostrip yang terganggu, yang disebabkan oleh perubahan tegangan sumber VS dan arus IS pada jalur mikrostrip pengganggu.
crosstalk balik dan crosstalk maju
Pada kopling kapasitif, arus induksi kapasitif yang dihasilkan pada jalur mikrostrip yang terganggu akan merambat ke kedua ujungnya, yaitu merambat ke depan menuju ICF ujung jauh, dan merambat ke belakang menuju ICN ujung dekat.
Kopling induktif, tegangan induktif yang diinduksi yang dihasilkan pada saluran mikrostrip yang terganggu, menghasilkan arus (ILF, ILN) pada saluran mikrostrip yang terganggu, dan arahnya berlawanan dengan IS.
Oleh karena itu, ketika sinyal kopling kapasitif dan kopling induktif merambat ke belakang, arus-arus tersebut bertumpuk dan kopling diperkuat; ketika merambat ke depan, arus cenderung saling meniadakan.
Sinyal kopling total yang mengalir ke belakang disebut "reverse crosstalk" atau "near end crosstalk" (NEXT), sedangkan sinyal kopling total yang mengalir ke depan (yang sebenarnya saling meniadakan) disebut "forward crosstalk" atau "far end crosstalk" (FEXT).
kopling impedansi bersama
Jenis crosstalk ketiga pada jalur PCB adalah kopling impedansi bersama. Hal ini biasanya terjadi ketika dua konduktor melewati jalur balik yang sama. Misalnya, sirkuit digital dan sirkuit analog akan mengalami kopling impedansi bersama jika keduanya terhubung pada ujung yang sama.
Model Reflow untuk Sinyal Frekuensi Tinggi
Sebagian besar aliran balik sinyal frekuensi tinggi terdapat pada bidang referensi di bawah jalur mikrostrip, tetapi sebagian kecil akan menyebar ke kedua sisi. Kepadatan aliran baliknya pada bidang referensi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, JGP(d)A dan JGP(d)V masing-masing merupakan distribusi kepadatan arus dari jalur mikrostrip pengganggu dan jalur mikrostrip yang terganggu. Bagian di mana keduanya tumpang tindih, yaitu bagian berwarna abu-abu pada gambar di atas, merupakan "daerah pengaruh", yang menentukan tingkat pengaruh antara kedua jalur mikrostrip tersebut.
