Взаимоиндуктивность линий (line coupling), также известная как паразитная связь (parasitic coupling) или перекрёстная помеха (crosstalk), — это нежелательное взаимодействие между двумя или более соседними проводниками (линиями передачи) на печатной плате, вызванное их взаимной индуктивностью (mutual inductance, Lm) и взаимной ёмкостью (mutual capacitance, Cm). Это явление является основным источником электромагнитных помех (EMI) внутри платы и приводит к тому, что сигнал в одной линии (агрессор, aggressor) наводит помеху в соседней линии (пассивной, victim, букв. «жертва»). Величина помехи зависит от скорости нарастания фронта сигнала (slew rate), расстояния между проводниками, длины их параллельного пробега (parallel run length) и свойств диэлектрика. Управление взаимоиндуктивностью имеет значение для обеспечения целостности сигнала (signal integrity, SI) в высокоскоростных цифровых и высокочастотных аналоговых платах.
Физические основы и влияние
Паразитная ёмкостная связь (capacitive coupling) вызывает помеху за счёт изменения электрического поля, а индуктивная связь (inductive coupling) — за счёт изменения магнитного поля вокруг проводника с током. Это приводит к двум типам перекрёстных помех: ближней (near-end crosstalk, NEXT) и дальней (far-end crosstalk, FEXT). Для минимизации связи применяются специальные методы проектирования: увеличение расстояния между критическими трассами (spacing), сокращение длины их параллельного пробега, использование экранирующих слоёв земли (ground planes) между сигнальными слоями и управление импедансом (controlled impedance routing). Рекомендации по проектированию для минимизации помех содержатся в стандартах IPC-2141 (Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards) и IPC-2221.
Значение для проектирования и производства
Для производителя, предлагающего услуги по проектированию или изготовлению сложных высокоскоростных плат, понимание принципов взаимной индуктивности является частью экспертизы. На этапе изготовления точное соблюдение заданных в проекте зазоров между проводниками и толщины диэлектрика необходимо для соответствия расчётным электрическим характеристикам. Платы, в которых не учтено паразитное взаимодействие линий, могут нестабильно работать, иметь повышенный уровень излучаемых помех и давать высокий процент отказов.
Источники: IPC-2141 (Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards), IPC-2221 (Generic Standard on Printed Board Design). Вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) также регламентируются стандартами, такими как ГОСТ Р 51317-99 (Совместимость технических средств электромагнитная. Общие требования).