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  Crosstalk 작성일 : 2011-07-13          조회수 : 51,510  
  작성자 : 인터넥스  

§ Crosstalk 이란?


Crosstalk
이란 전기 신호의 파장의 크기에 비해서 두 개의 회로나 도선 사이의 거리가 충분히 가까울 때
두 회로나 도체 사이에 일어나는 전기적 간섭 현상을 말합니다. , 인접선로간에 inductive/capacitive coupling에 의해
원치 않는 에너지가 교류되어버리는 현상을 의미합니다.


                       




§ Crosstalk이 점점 더 문제가 되는 이유?


Crosstalk
문제를 심각하게 하는 각각의 요소들을 살펴보면 기술의 발달로 인한 PCB상의 많은 Component들의
고집적화로 배선간 간격은 감소해서 Near-end Crosstalk Far-end Crosstalk를 둘 다 증가시키고 있습니다.

여기서 Near-end Crosstalk“NEXT”라고도 하며 전송선로에서 유도된 전류가 신호 전류의 진행 방향과
반대 방향으로(송신단 쪽으로) 전파되는 Crosstalk를 의미하며, Far-end Crosstalk“FEXT”라고도 하며 어떤 전송선로에서
다른 전송선로의 신호가 그 선로의 신호와 같은 방향으로 유기되는 Crosstalk를 의미합니다.




                                   



그리고 고속화로 인해서 Clock 주파수는 증가하고 Rising time은 감소하기 때문에 Far-end Crosstalk을 증가시킵니다.
또한, 긴 길이를 가지는 Coupled Interconnection의 경우 Far-end Crosstalk은 더 심각해져서 두 배선간의 Switching 시간차가
없을 경우는 Switching 방향에 따라 시간 지연이 차이가 나서 Timing margin을 감소시키고 두 배선간의 Switching 시간차가
있을 경우는 Far-end Crosstalk이 펄스 형태의 Noise로 나타나서 Noise margin을 감소시키고 심할 경우 False switching을 야기시킵니다.
게다가 data양을 증가시키기 위해서 여러 배선이 동시에 달리는 Bus 구조의 경우 Switching이 동시에 발생할 때 영향을 받는 배선의
Crosstalk 문제는 더욱 심각해집니다.


§ Crosstalk의 발생원리


CrosstalkCoupling에 의한 원하지 않는 Noise가 발생할 때 좋지 않은 의미로 쓰입니다.
Crosstalk은 회로적인 관점에서 발생원리에 따라서 Inductive crosstalk Capacitive crosstalk으로 나눌 수 있습니다.

Inductive crosstalk은 가까이 인접한 배선간에 자기장의 공유에 의해서 발생합니다. 

Mutual inductance(Lm)Victim 라인에 자기장을 통하여 전류를 유발시키고, Aggressor (Driver)라인의 전류 변화의 비와 비례하여
전압을 발생시킵니다. 그 수식은 아래와 같습니다.



                                      


Capacitive crosstalk은 가까이 인접한 배선간에 전기장의 공유에 의해서 발생합니다. 

Mutual capacitance(Cm)는 전기장을 통한 Trace 간의 Coupling을 나타내며, Victim 라인에 유발되는 전류 Noise
Aggressor 라인의 전압의 변화율과 비례합니다.




                                      






§ Crosstalk Simulation 예제 (Spice Simulation)






위의 그림 및 파형은 Crosstalk에 대한 Spice Simulation의 예제이며 위의 C & L Matrices는 단위 길이 당
Mutual Inductance Self Inductance, Mutual Capacitance Self Capacitance 값을 Matrices 형태로 나타낸 값이며,
인가 전압은 2V, Rising Time
100ps Simulation 결과입니다.


§ Crosstalk Noise의 발생 대책


Crosstalk Noise의 발생 대책은 결국 두 도선간의 Coupling을 작게 하는 것입니다.
Coupling
을 작게 하는 방법으로는 다음과 같습니다. (Rule of Thumb)

1.     두 도선(Signal pattern)간의 평행 거리를 짧게 한다.

2.     두 도선(Signal pattern)간의 간격을 넓게 한다.
(3W
규칙 - Trace간의 거리는 중심선에서 중심선까지 Trace Width 3배 이상이면 Crosstalk Noise가 발생하지 않는 것으로 봄.)

3.     아래 위로 대면한 층의 배선 방향은 수직, 수평으로 교차되도록 한다.

(Dual Strip 구조에서의 층간 Noise coupling 방지)

4.     중요 Line Ground로 감싸고 PCB에 빈 공간을 Ground로 처리한다.

 

이상의 내용은 일반적인 Rule of Thumb으로 PCB 배선 시 어떻게 하면 Crosstalk를 줄일 수 있을까에 관련된 내용을 중점으로 요약한 것입니다.
위의 내용 외에도 Crosstalk을 줄일 수 있는 방법은 물론 여러 가지 방법이 있습니다.

위에 언급한 내용 외에 추가적인 내용 및 배치 시에 고려해야 할 사항 등은 추후에 언급하겠습니다.

 

 

 

 

                               참고자료 : HIGH-SPEED DIGITAL SYSTEM DESIGN

                                            고속 PCB 설계 (PART – Crosstalk)

 

                              작성자  :  Internex CAE Team

                                                                                                  Park. Jung Yoon

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