Modelado de interferencias de propagación de señales de alta frecuencia en líneas de transmisión ideales

Se presenta una breve introducción al análisis de interferencia de señales entre una línea de transmisión de datos y otra línea potencialmente víctima, esta interferencia es comúnmente llamado “Crosstalk”. Esta interacción de señales puede ocasionar errores de comunicación debido a la inducción de corrientes de una línea de transmisión de datos a otra, que se traduce en degradación de la señal digital transmitida, con lo cual, el proceso de transmisión de datos se hace menos eficiente o en un peor caso, inoperante. Hacer una buena estimación del “Crosstalk” es importante, ya que nos ayuda a cuantificar y minimizar esta interacción desde etapas tempranas de diseño del sistema a través de simulaciones, lo cual ahorra tiempo y dinero del proyecto al ser las simulaciones menos costosas y más rápidas de realizarse que las mediciones y evaluaciones de un primer diseño en físico del sistema. Para hacer estas simulaciones y modelado de las líneas de transmisión de datos se utilizan diferentes técnicas de modelado, en este trabajo se eligió utilizar la de elementos discretos como los capacitores, inductancias, resistencias y admitancias entre otros. De este tipo de modelado, los modelados que no consideran pérdidas utilizan capacitancias e inductancias, los cuales según el efecto que tienen con la línea contigua se clasifican como capacitancias e inductancias propias de la línea, capacitancias e inductancias mutuas, capacitancias a tierra, etc. Existen muchas formulas disponibles en diferentes medios que utilizan valores de capacitancias e inductancias propias y mutuas para hacer este análisis de “Crosstalk”, lo que no es muy común es la explicación de los métodos de cómo generar estos valores de capacitancias e inductancias con base en las dimensiones de las líneas de transmisión de datos que se desean simular. En este trabajo se explican tres métodos para hacer el cálculo de las capacitancias e inductancias propias y mutuas de las líneas de transmisión con el fin de que los lectores puedan implementar en un sistema de manejo de ecuaciones u hojas de cálculo estas mismas, para hacer la estimación de los valores de estos elementos discretos. Como ejemplo, para este trabajo se eligió el método de “Capacitancias de forma cerrada” el cual fue implementado en Matlab. Se hacen simulaciones en el sistema ADS en el cual, se comparan los resultados de simulación entre el modelo propuesto, los modelos circuitales tomados de las librerías del ADS y modelos ADS de layout para líneas de transmisión de datos de 50, 75 y 100 ohms a 1 MHz, en tarjetas con espesor del dieléctrico de 1.0 y 1.6 mm. Estas impedancias y espesores fueron elegidas debido a que son comúnmente usadas en diferentes protocolos de comunicación serial. También se muestra los resultados de las mediciones hechas a tarjetas o PCB construidos con las impedancias y espesores antes descritas para hacer una corroboración de los resultados obtenidos con las simulaciones. Los resultados obtenidos muestran que los modelos propuestos en este trabajo de las líneas de trasmisión basadas en elementos discretos tienen una muy buena correlación tanto con los modelos circuitales de ADS, como con los modelos de layout de ADS, como con las simulaciones del layout del PCB y las mediciones hechas a los PCB con un equipo VNA.Continental Automotiv