PCB Tecnico - Perché il laminato PCB influisce sulle velocità di dati ad alta velocità

Più veloce vai, più devi sapere: il ruolo dei laminati PCB nel raggiungimento di velocità dati ad alta velocità.

La buona notizia è che l'ultima versione dell'IC consente di inviare dati fino a 32Gb/S (e superiore) attraverso le coppie differenziali nel PCB. La cattiva notizia, o più precisamente, la sfida che è stata posta nel settore è che a queste velocità, piccolissimi cambiamenti utilizzati per realizzare laminati PCB possono interrompere il percorso dei dati, se non presti attenzione a come questi percorsi sono progettati e realizzati. E, una delle varianti del collegamento dati nel percorso di distruzione è tilt.

Partendo dalla base del problema, la distorsione è il disallineamento dei due bordi del segnale della coppia differenziale quando raggiungono i terminali del ricevitore differenziale. Il risultato dell'inclinazione è molto semplice. Quando il disallineamento di cui sopra è abbastanza grave, i collegamenti nel percorso dati potrebbero non funzionare più.

A questo punto, è utile definire coppie differenziali e verificare come funzionano:

Una coppia differenziale è un percorso di segnale, che ha due segnali uguali e opposti che si propagano su due percorsi. Il ricevitore rileva la tensione "differenziale" al suo ingresso e determina se il bit dati è 1 o 0. Il ricevitore è progettato per ignorare i componenti "common mode". Il segnale è solitamente un offset di tensione. Questo è il vantaggio principale di questo protocollo di segnalazione.

Perché il laminato PCB influisce sulle velocità di dati ad alta velocità

Non è un problema determinare la lunghezza fisica di corrispondenza di due segnali diversi. Questo è il risultato dei seguenti fattori:

La moderna tecnologia IC può mantenere l'allineamento del livello del pacchetto a 1 ps. I moderni strumenti di layout PCB e la produzione di connettori possono abbinare la lunghezza a 1 ps. Sulla base di questi fattori, la considerazione e la deviazione di gestione sembrano essere un dunk ingegneristico. Se non fosse per qualche fonte meno evidente di distorsione, questo sarebbe certamente il caso.

La "trappola" nascosta

La differenza di percorso o disallineamento della lunghezza del segnale differenziale è la causa dell'inclinazione. Inoltre, la distorsione può essere il risultato della differenza di velocità delle due vie differenziali di segnalazione. In entrambi i casi, la causa della distorsione è il risultato della trama di vetro utilizzata nel laminato PCB. Nello specifico:

La differenza nella lunghezza del percorso misurata sul percorso da 14 pollici è grande fino a 37 pS, che è causata dalla tessitura irregolare del vetro nel laminato. (Questo è più di un periodo di bit a 28Gb/S.) La differenza di velocità della coppia di segnale differenziale si verifica quando un lato della coppia viaggia sulla resina e l'altro lato viaggia sul vetro sul laminato PCB. Il lato che viaggia sulla resina viaggerà più velocemente. In primo luogo, alcune conoscenze di base:

Il laminato nel PCB è un composito di vetro e resina. La costante dielettrica del vetro è di circa 6 e la costante dielettrica della resina è inferiore a 3.

In termini di lunghezza del percorso e velocità del segnale, il problema è causato dal modo in cui viene formato lo strato di rinforzo del vetro. La resina è stata tessuta. La treccia di vetro più comune ha fili di vetro strettamente ritorti e lascia un grande spazio aperto riempito di resina nel mezzo. Rispetto al passo della fibra di vetro, la larghezza media della traccia nella scheda PCB è più piccola, quindi una traccia di una coppia differenziale è più comune sul vetro e la resina è l'opposto di altre tracce (la resina è più del vetro). A causa di questi fattori, abbiamo visto una coppia differenziale lunga 14" con fino a 60 ps di distorsione indotta dalla tessitura. Questa quantità di distorsione può avere un impatto enorme sulle prestazioni del segnale differenziale.