CPUとかでクロストークが抑えられているのはなぜですか？

質問

ずっと疑問なのですが、高周波回路では数百MHzを超えてくると配線のインダクタンスとか配線間の容量でほかの配線とクロストークしてしまうため、ストリップラインにしたりといった工夫が必要ですが、
一方で最近のCPUとかって数GHzとかいっていますが、なぜこんなことが可能なのでしょうか？
以前何かの本でデジタルだからいくらでも周波数を上げられる、みたいなことが書かれていたのですが、本当なのでしょうか？
むしろデジタルでは矩形波を扱うので、高次高調波とか高周波成分がたくさん含まれていて、クロストークのせいですぐに波形がなまってしまい、信号を送れなくなると思うのですが・・・
またCPUに限らずLANとか普通のケーブルでもギガヘルツレベルの信号を普通に扱っていますが、なぜ高周波回路で見られるようなクロストークがじゃまにならないのでしょうか？

回答No.4

anachrockt · ベストアンサー

その問題は，技術分野としてシグナルインテグリティ(Signal Integrity：ディジタル信号を正しく伝えること)と呼ばれています．
専門家の志田先生のサイトに詳しい説明がありますから，読んだらどうでしょう．
http://www.geocities.jp/signalintegrityjp/signal_integrity.html
志田先生は本も出していて，本の方がわかりやすいと思います．
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37541.htm

回答No.3

takepon256

一応クロストークや反射の影響、考慮して設計されていますよ。

最近はCPUのパラレル信号も高速になってきていますが、これらは矩形波ではなくサイン波に非常に近い波形になっています。
振幅も小さく、基準信号に対しての信号レベルで0/1を判定しています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/GTL_(%E3%83%87%E3%82%B8%E3%82%BF%E3%83%AB%E5%9B%9E%E8%B7%AF)
（この信号形式はCPU⇔チップセット間で使用されている信号形式です）

またプリント基板設計時にインピーダンス指定しており、
・パターン幅
・パターン間隔
・グランドプレーンとの間の絶縁層の厚み
・通過するビアの数
を厳密に決めていますので、クロストークを最小限にとどめています。

差動信号、シリアル伝送に関してはANo.1様、ANo.2様の通りです。

回答No.2

Tacosan

今どきの高速信号では, ほぼすべてが #1 でいわれるように差動信号だと思って構いません. 特に, シリアル通信では SATA, SAS, USB, IEEE1394 がいずれも差動信号を使っています. また, パラレル通信でも SCSI は差動信号を使っていました. もちろん PCI-Express も差動信号で動いています.
たぶん, メモリ以外はほとんどすべて差動信号じゃないかな. メモリは, 制御系で差動信号を使っていますがアドレスやデータは差動じゃないシングルエンドの信号です.
次に, 動作電圧を減らすということもしています. これは動作速度を上げることができるということのほかに, クロストークを減らす効果もあります. ただし単純に動作電圧を減らすとノイズによる誤動作が大きくなるので, 差動で使うのが前提. メモリでも使う電圧が (大昔の) 5V から, 今では 1.5V くらいまで下がっています.
さらに言うと, 100BASE-TX や 1000BASE-T のように「動作周波数を下げる」ということをしている例もあります. 前者では 3値シンボルを使うことにより周波数を下げていますし, 後者では電圧を 5種類にすることで周波数を下げています. 実際, 1000BASE-T は 1Gb/s で信号を送っていますが, シンボルレートは 125Mbaud です.

回答No.1

tance

デジタルだろうがアナログだろうが高周波になるとクロストークが問題
になることには根本的な違いはありません。ただ、デジタルは閾値に
届くか届かないかが問題であって、届かなければギリギリのクロストーク
があってもちゃんと動きます。その分、強いと言われるわけです。

デジタルだからいくらでも周波数を上げられるというのは明らかに
間違いです。おっしゃるように矩形波を扱うのでかえって周波数を
上げにくいのが実情です。

クロストークに強くする技術はいろいろあります。一番効くのが差動
伝送です。逆相の信号を一緒に送り、受け側ではその「差」を信号として
受け取る回路にします。クロストークはどちらの相の信号線にも同じに
飛び込むので「差」にはなりませんから、受け側には飛び込んだ分は
見えません。

１ビットの信号を送るのに２本の線（正相、逆相）が必要なので多
ビットの並列伝送には不利ですが、シリアル伝送には大した問題には
なりませんので、今後高速デジタル信号は差動シリアル伝送により
どんどん高速化すると思われます。

他にも飛び込み自体を減らす工夫とかいろいろ苦労して設計されて
います。

同相除去比　とか　同相ノイズ　などのキーワードで検索すると
いろいろ出てくると思います。