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Profundizando en el Crosstalk Parte 1 de 2

Lo que hay que saber sobre la diafonía. ¿En qué consiste la diafonía y por qué es importante? ¿De dónde viene? ¿Qué son FEXT y NEXT? ¿Qué repercusiones tiene la diafonía en mi diseño?

Lo ideal para los ingenieros es obtener un diagrama de ojo abierto amplio y proporcionar una transmisión de datos sin errores. Sin embargo, este objetivo puede verse obstaculizado por efectos no deseados, como la diafonía. La diafonía está cobrando cada vez más protagonismo en los diseños electrónicos de alta velocidad, muy integrados y densos hoy en día. Ejemplos de diseño como los estándares 100G con 4 líneas paralelas de 25 Gb/s y los circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC) con cientos de SerDes ofrecen una mayor velocidad de los datos e incluyen más carriles en espacios de circuito más reducidos. Para superar los efectos de la diafonía, es importante saber en qué consiste y cómo se produce.

¿En qué consiste la diafonía?

La diafonía es una forma de distorsión de las señales, es decir, una interferencia de amplitud no relacionada con patrones de datos. Una señal limpia o “víctima” puede verse afectada por la diafonía de una señal “agresora” a causa de un efecto de acoplamiento. La señal agresora distorsiona la forma de la señal víctima y cierra su diagrama de ojo. Cuando hay diafonía en la señal víctima, la interferencia provoca el cierre del diagrama de ojo (Figura 1). Esto puede dar lugar a pequeños márgenes de diseño, a un posible incumplimiento de las especificaciones o incluso a errores de medida. Asimismo, la diafonía reduce el rendimiento vertical y de jitter de la señal víctima, lo que incrementa los problemas de interoperabilidad en un enlace de comunicaciones.

Fuentes de diafonía

Dos de las fuentes más habituales de diafonía son la línea de transmisión y la fuente de alimentación (Figura 2). La línea de transmisión puede afectar tanto a la línea de datos en serie como a la fuente de alimentación de un dispositivo, provocando así distintos tipos de cierre del ojo. La interferencia de la fuente de alimentación en la línea de datos en serie transmitidos puede traducirse tanto en ruido como en jitter.

Análisis más minucioso de la diafonía en la línea de transmisión

La interferencia electromagnética entre componentes del circuito que están cerca unos de otros pueden provocar diafonía en la línea de transmisión. Las líneas de transmisión tendidas en paralelo a otras son posibles causas de diafonía por la combinación de su inductancia y su capacitancia, que acopla la energía de una señal a la otra. La tensión de acoplamiento capacitivo se traduce en una corriente que viaja en ambos sentidos, mientras que el acoplamiento inductivo genera una corriente que viaja solo en sentido opuesto, hacia el transmisor. Combinadas, las dos corrientes refuerzan la corriente que vuelve al transmisor. La corriente inversa viaja hacia atrás para afectar al transmisor y se llama diafonía de extremo cercano o paradiafonía (NEXT). La corriente residual que viaja hacia delante afecta al receptor y se llama diafonía de extremo lejano o telediafonía (FEXT).

Estas formas de onda presentan grandes diferencias de magnitud y forma. Muestra un ejemplo de un diagrama de ojo distorsionado de una víctima provocado por una señal agresora NEXT que viaja en sentido opuesto al de la señal víctima. El flanco de la agresora tiene una posición de bit distinta de la de la víctima, puesto que su velocidad y su patrón de datos presentan un offset en relación con la señal víctima, lo que hace que el diagrama de ojo se vea difuso. La FEXT viaja en el mismo sentido que la señal víctima. La velocidad y el patrón de datos de la agresora pueden ser los mismos que los de la señal víctima. En esta situación, el diagrama de ojo de la víctima mostrará algunas protuberancias (Figura 5) debido a que la agresora afecta al mismo flanco o a la misma posición en los bits de la víctima. Las líneas de transmisión también pueden afectar a las fuentes de alimentación de la red de conmutación, lo que puede incluir ruido de conmutación simultáneo (SSN), rebotes de tierra y debilidad de la fuente de tensión (Vcc) en un dispositivo.

La inductancia se deriva del retraso de la corriente que viaja entre la toma de tierra del circuito y la toma de tierra de la placa. Esto sucede cuando una línea de datos en serie conmuta de estado, y la corriente fluye a través de las inductancias y provoca una caída de la tensión. Cuantas más líneas se conmutan simultáneamente, mayor es la caída de tensión. Este efecto hace que la línea de transmisión transfiera ruido directamente a la toma de tierra del dispositivo, lo que provoca un rebote de tierra. El rebote de tierra puede trasladarse a otros circuitos del dispositivo, provocando jitter y el cierre del ojo. Consulte la Figura 6.

Análisis más minucioso de la diafonía en la fuente de alimentación

El jitter inducido por la fuente de alimentación (PSIJ) se debe a una fuente de alimentación que crea ruido de alta frecuencia además de rizado de baja frecuencia. A medida que la electricidad viaja por el lazo de enganche de fase (PLL), el ruido se traduce en jitter, lo que provoca el cierre horizontal del ojo de la víctima de datos en serie. El ruido de amplitud dependiente de la tensión (VDAN) también afecta a la señal víctima de datos en serie, al añadir ruido de las referencias de tensión. El cero lógico suele estar asociado a la toma de tierra, mientras que el uno lógico está vinculado a la Vcc, por lo que cualquier ruido presente en la toma de tierra o la Vcc afectará al uno lógico o al cero lógico.

El ejemplo siguiente muestra una rampa de la señal máxima lógica, la señal agresora de la Vcc y la señal mínima lógica. La señal máxima lógica y la señal agresora de la Vcc tienen rampas de amplitud similares, lo que permite que aparezca la diafonía y afecte a los datos en serie. En este caso, la señal mínima lógica no se ve afectada igual que la señal máxima lógica, lo que da lugar a un diagrama de ojo con un nivel máximo más grueso, así como al cierre del ojo tanto vertical como horizontal.

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-1610EN.pdf?id=2782472



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