Progettazione PCB - Parametri di temporizzazione della base della progettazione PCB dell'orologio

Quanto segue è un'introduzione ai parametri di temporizzazione della base della progettazione PCB del circuito di clock:

Alcuni parametri relativi alla tempistica sono Tco, ritardo buffer, tempo di installazione, tempo di attesa, margine di tempo di installazione, margine di attesa, ritardo di propagazione, tempo di volo massimo/minimo e jitter clock.

1: Tco e ritardo buffer

Il ritardo del buffer si riferisce al tempo necessario affinché un segnale passi attraverso il buffer per raggiungere un'uscita di tensione valida. Il ritardo buffer più il ritardo logico all'interno dell'IC del circuito digitale è Tco. Tco si riferisce anche alla somma di tutti i ritardi nel dispositivo dall'inizio del trigger di clock al dispositivo di output dati effettivo. Un carico di misura può essere collegato direttamente alla fine dell'uscita IC del circuito digitale per determinare Tco, e quindi il tempo per la tensione del segnale (Ums) sul carico per raggiungere un certo livello (solitamente metà del livello alto del segnale). Il carico più comune è un resistore 50Ω o condensatore 30pF. Tco e buffer delay.

2: Tempo di installazione, tempo di attesa, margine di tempo di installazione e margine di tempo di attesa

Il tempo di setup e il tempo di attesa caratterizzano la durata di input dei dati prima e dopo il trigger del bordo dell'orologio nel fermo terminale ricevente. Questi due parametri di temporizzazione sono correlati alle caratteristiche del ricevitore. Prima che il bordo dell'orologio venga attivato, i dati devono esistere per un periodo di tempo, che è il tempo di installazione richiesto dal dispositivo; e dopo l'attivazione del bordo dell'orologio, i dati devono essere conservati per un periodo di tempo per poter essere letti stabilmente. Questo è il tempo di attesa richiesto dal dispositivo. Se la durata del segnale dati prima e dopo l'attivazione del bordo dell'orologio supera rispettivamente il tempo di installazione e il tempo di attesa, i componenti superati vengono chiamati rispettivamente margine di tempo di installazione e margine di attesa. I parametri di setup e hold time richiesti per ogni dispositivo possono essere solitamente trovati nel manuale del dispositivo. Durante la progettazione, il margine di tempo di installazione e il margine di attesa dovrebbero essere aumentati il più possibile per garantire che il sistema funzioni normalmente in condizioni di cambiamenti limitati nell'ambiente esterno.

3: Ritardo di propagazione e tempo di volo

Il ritardo di trasmissione del segnale sulla linea di trasmissione è chiamato ritardo di propagazione, che è correlato solo alla velocità di propagazione del segnale e alla lunghezza della linea. Il tempo di volo include il tempo massimo di volo e il tempo minimo di volo. Il tempo massimo di volo è anche chiamato ritardo stabile finale e il tempo minimo di volo è chiamato ritardo di commutazione più precoce.

4: Jitter dell'orologio e distorsione dell'orologio

In pratica, il segnale di clock PCB è spesso impossibile essere un segnale ideale e spesso si verificano jitter e offset. Il jitter dell'orologio si riferisce alla differenza tra due cicli di orologio. È generato internamente dall'orologio e non ha nulla a che fare con il routing. In un oscillatore di clock, il jitter è causato dalla sovrapposizione di quattro sorgenti di rumore:

1: È il rumore emesso dal cristallo stesso. Come qualsiasi dispositivo resistivo, il cristallo emetterà rumore termico dovuto al movimento casuale degli elettroni interni;

2: È il rumore causato da qualsiasi vibrazione meccanica o disturbo del cristallo stesso;

3: È il rumore dell'amplificatore stesso, il rumore dell'amplificatore è solitamente maggiore del rumore termico e del rumore meccanico del cristallo;

4: Rumore dell'alimentazione elettrica. Qualsiasi rumore accoppiato nel terminale di alimentazione entrerà nell'amplificatore all'interno dell'oscillatore dell'orologio e il rumore dell'alimentazione causerà un sacco di jitter dopo essere stato amplificato dall'amplificatore. Il rumore dell'alimentazione elettrica è difficile da gestire. Se l'uscita di un oscillatore ha un grande rumore di alimentazione accoppiata, si dice che l'immunità dell'alimentazione elettrica è molto scarsa. Il jitter dell'orologio causato da fonti di rumore casuali è molto dannoso e il jitter dell'orologio causato dal rumore dell'alimentazione elettrica può causare fluttuazioni intermittenti. Il jitter dell'orologio può essere misurato con tre metodi: analisi dello spettro, misurazione diretta della fase e misurazione differenziale della fase. Il metodo di misura più semplice è quello di utilizzare la misurazione differenziale di fase. La distorsione dell'orologio si riferisce alla distorsione tra due orologi di sistema identici, compresa la distorsione tra le uscite multiple del buffer dell'orologio, e la differenza tra i segnali dell'orologio all'estremità ricevente e l'estremità di azionamento a causa di errori di traccia PCB. Offset. L'influenza di questi fattori deve essere considerata nella progettazione dei tempi. Nella progettazione del PCB, al fine di garantire che i dati siano trasmessi e ricevuti correttamente, tutti i parametri di temporizzazione devono essere presi in considerazione in modo completo, deve essere selezionata una struttura topologica adeguata, devono essere adottate le terminazioni di corrispondenza dell'impedenza e altre misure per ridurre l'interferenza causata dall'integrità del segnale alla sequenza di temporizzazione, Il vincolo di tempo di impostazione e il vincolo di tempo di attesa richiesto dal sistema.