Crosstalk noise has become a significant problem in the design of high-speed digital interconnections. In this paper, I demonstrate a crosstalk reduction method, which has been successfully applied to the design of a CAT-5E modular jack. The CAT-5E is a newly adopted cabling and connector standard for advanced cabling network systems to assure more robust, reliable and high-speed operation, which is based on differential mode signal transmission using unshielded twist pair (UTP) cable. The improved design of the modular jack shows minimal crosstalk noise and return loss over a wide range of manufacturing conditions. The improved crosstalk characteristics of the modular jack were accomplished by inserting embedded capacitors on the printed circuit board (PCB). The embedded capacitors compensate for the unbalanced capacitive crosstalk that occurs in the plug and insert. In particular, the embedded balancing capacitor is designed to have maximum capacitance, with limited PCB area, by using a double-sided PCB design. Less than -45 dB Near-End-Crosstalk (NEXT) was achieved after the crosstalk noise compensation.
최근 들어 고성능, 고집적 회로가 급속하게 증가하고 있다. 시스템의 속도가 점점 빨라지고, rising/falling time이 점점 짧아지고, 고집적화되고, interconnection line의 길이가 점점 길어짐에 따라 Crosstalk이 발생하고 이로 인한 문제가 심각해지고 있다. 이러한 Crosstalk 현상은 logic fault를 야기시킬 수 있으며 부가적인 delay나 skew를 주며 이 때문에 전체적인 시스템의 noise margin을 줄이는 등 악영향을 끼치게 된다.
본 연구에서는 이러한 Crosstalk을 줄이기 위한 방법을 제안하고 이를 고속 cabling system인 CAT-5E modular jack의 설계에 적용하였다. CAT-5E는 differential 신호 전송에 기반을 둔 UTP cable을 사용하여 보다 진보된 고속 전송을 할 수 있도록 제안된 cabling과 connector에 대한 표준이다. 이 CAT-5E는 2003년도에 전체 시장의 약 40%를 차지할 것이며, 그 액수는 10억 달러 이상이 될 것으로 예측되고 있다.
Capacitive 성분에 의한 crosstalk을 줄이기 위해 modular jack의 내부의 PCB에 double sided line을 사용하여 embedded capacitor를 구현해주었다. 이 embedded capacitor는 plug나 insert 상에서 발생하는 unbalanced capacitive crosstalk을 보상해주었다. 또한 inductive 성분에 의한 crosstalk을 줄이기 위해 line의 배열을 새로이 제안하였고 이를 insert와 PCB 상에 모두 적용하였다. 그 실험 결과로 20dB 이상 crosstalk을 줄일 수 있었으며 이는 매우 성공적이며 훌륭한 결과라고 말할 수 있다. 이러한 제안된 방법은 PCB, Cable, connector, package를 포함한 다른 고속 전송을 위한 differential signaling scheme에도 적용할 수 있을 것이다.
