Blog de PCB - Cómo considerar todo el ancho de banda de la señal en la correspondencia de la longitud del rastro de PCB

Si lees mucho PCB BoardDirectrices de diseño, Especialmente en protocolos paralelos y enrutamiento diferencial de pares, Verá mucha información sobre las coincidencias de longitud de rastreo. Cuando se requiere una coincidencia de longitud de seguimiento, Su objetivo es minimizar los pares diferenciales en el Protocolo serial, multiple pairs in parallel protocols (eg PCIe), Múltiples trayectorias/Emparejar o utilizar los siguientes protocolos en protocolos paralelos. La diferencia de tiempo entre cualquier Protocolo es un reloj de sincronización fuente. Las herramientas CAD hacen que sea más fácil pensar en lo que está pasando. Sin embargo,, Qué pasa con otras frecuencias? Más específicamente, Qué pasa con las señales de banda ancha? Todas las señales digitales son señales de banda ancha, cuyo contenido de frecuencia se extiende desde DC hasta el infinito.. Debido al gran ancho de banda de las señales digitales, Qué frecuencia debe utilizarse para la coincidencia de la longitud de la trayectoria? Desafortunadamente, Frecuencia ambigua para la coincidencia de longitud de seguimiento, Por lo tanto, los diseñadores necesitan saber cómo lidiar con PCB Board Coincidencia de longitud y frecuencia de la trayectoria. Para entender mejor esto, Tenemos que examinar las técnicas utilizadas en el diseño de banda ancha y cómo considerar todo el ancho de banda de la señal en la correspondencia de la longitud de la trayectoria.

Relación entre la correspondencia de la longitud de la traza de PCB y la frecuencia del par diferencial

La correspondencia adecuada entre la longitud de la trayectoria y la frecuencia debe tener en cuenta todo el ancho de banda de la señal transmitida en la trayectoria. En los últimos años, este ha sido el tema de investigación del Protocolo de serie diferencial. Estándares como usb4 plantean requisitos específicos para la medición de la integridad de la señal de banda ancha. Algunos ejemplos de medidas de integridad de la señal de banda ancha son:

Conversación cruzada diferencial integrada

Pérdida de inserción diferencial integral

Pérdida de eco diferencial integral

Desviación de impedancia diferencial integral

"Integración" significa que un aspecto específico de la integridad de la señal se aplica a todo el rango de frecuencias de interés. En otras palabras, si tomamos el crosstalk diferencial como ejemplo, queremos reducir el crosstalk diferencial entre dos pares diferenciales por debajo de un cierto límite especificado en el estándar de señal. Más tarde veremos por qué esto es importante para rastrear la coincidencia de longitud.

Dispersión

En el dominio del tiempo, sólo nos centramos en la transición intermedia entre los Estados altos y los Estados bajos (suponiendo que sean binarios) al mismo tiempo que los dos extremos del par de diferencias se cruzan. Obviamente, el nerviosismo crea un problem a aquí, ya que limita la longitud de la pista a una tolerancia, por lo que nunca se puede lograr una transición perfecta en ambos extremos de un par de cables a la vez. En el dominio de frecuencia, tenemos que considerar la siguiente dispersión:

Dispersión geométrica: Esto se debe a las condiciones límite y a la geometría de la interconexión, que determina cómo la Impedancia de interconexión varía con la geometría.

Difusión dieléctrica: Esto ocurre en el sustrato de PCB, independientemente de la geometría de la interconexión en el PCB. Incluye la dispersión y pérdida de DK.

Dispersión de la rugosidad: Esta dispersión adicional se produce debido a la relación causal entre el modelo de rugosidad del cobre y el efecto cutáneo de alta frecuencia.

Dispersión del tejido de fibra: el tejido de fibra en el laminado de PCB produce cambios periódicos de dispersión a lo largo de toda la interconexión.

Dado que estas fuentes de dispersión siempre están presentes en los rastros, hacen que la impedancia, velocidad y todas las demás medidas de integridad de la señal de los rastros reales de PCB sean funciones de frecuencia.

Velocidad de la señal

Si usted está familiarizado con la teoría de la línea de transmisión, entonces usted sabe que la impedancia está estrechamente relacionada con la velocidad de la señal. Tomemos como ejemplo la velocidad de la señal de la pista de PCB. La siguiente figura muestra la velocidad de grupo y la velocidad de fase de las líneas analógicas de banda con rugosidad y dispersión. Velocidad de grupo y velocidad de fase de una señal de línea de banda ejemplar con rugosidad de cobre y dispersión dieléctrica. Aquí, podemos ver que la velocidad de fase varía mucho en el rango de banda ancha de 1 MHz a 20 GHz con un coeficiente de cambio de 2. El cambio de velocidad de fase es un parámetro importante porque es la velocidad a la que diferentes componentes de frecuencia viajan a lo largo de la interconexión. Con este cambio, podemos ver lo difícil que es emparejar la longitud del rastro de PCB con la frecuencia de la interconexión real. Necesitamos alguna manera de explicar todas las frecuencias, no sólo las frecuencias individuales seleccionadas arbitrariamente.

Coincidencia de longitud de banda ancha y frecuencia

Para establecer la medida de coincidencia de longitud, debemos considerar la desviación de longitud permitida de un estándar de señal dado. Lo llamamos desviación temporal tlim. La función k aquí es sólo la constante de propagación de la señal en la interconexión, también es una función de la frecuencia causada por la dispersión, dependiendo de la longitud de la variación temporal permitida. Podemos usar un método estadístico, un método llamado "norma LP", para manejar desajustes de longitud permitidos. No es necesario profundizar en las matemáticas involucradas, sólo saber que esta medida es equivalente a calcular la diferencia media de la raíz cuadrada entre una función y un valor medio que difiere sólo una constante. Por lo tanto, se convierte en una herramienta matemática ideal para resolver los cambios entre los valores de diseño de algunos objetivos y las medidas de integridad de la señal (impedancia, atenuación / retardo de la respuesta impulsiva, intensidad de conversación cruzada, etc.). Utilizando la norma LP, podemos reescribir el desajuste de longitud permitido de acuerdo con el límite superior definido por el límite de desajuste de tiempo tlim de acuerdo con el cambio de longitud del cambio de tiempo permitido.

Cuando se utiliza la medición de la integridad de la señal de banda ancha: PCB Board Diseño, La ecuación anterior puede considerarse una restricción cuando se determina el tamaño de la línea de transmisión., Esto puede afectar la diferencia entre los extremos de los pares de diferencias, o la diferencia entre dos trazas en la desviación total de longitud permitida. Protocolo paralelo de alta velocidad. La integración es fácil de calcular si se conoce la constante de propagación de la línea de transmisión.. El valor se puede calcular utilizando el Solucionador de campo, Modelo analítico para el cálculo manual de la geometría de la línea de transmisión estándar. Sólo para calcular algunos números, Si utilizo la velocidad de fase de la línea de cinta analógica anterior, Vemos un desajuste en la longitud permitida entre dos trazas paralelas completamente aisladas de un solo extremo. Si el valor permitido es 2, el desajuste de tiempo es de 10 ps.07mm. Tenga en cuenta que para 10 ps, Esta es una gran parte de la velocidad de borde de muchas señales digitales de alta velocidad. Para la línea de banda simulada arriba, Esto es igual a la longitud permitida desajuste 1.3041 mm. En resumen, Hemos demostrado que el uso de la norma LP puede reducir PCB Board Coincidencia de longitud de seguimiento y frecuencia de una sola medida. Si lo eres PCB Board Diseñador, No necesita realizar este cálculo manualmente, Sólo tienes que usar lo correcto. PCB Board Conjunto de herramientas de cableado.