PCB 기술 - PCB가 회선 길이 일치에서 전체 신호 대역폭을 고려하는 방법

PCB 보드 경로설정 길이와 차동 주파수의 관계

흔적선의 길이와 주파수의 정확한 일치는 흔적선을 따라 전파되는 신호의 전체 대역폭을 고려해야 한다.지난 몇 년 동안 이것은 차등 직렬 프로토콜의 연구 주제였으며 USB4와 같은 표준은 광대역 신호 무결성 지표에 특정 요구 사항을 제기했습니다.일부 샘플 광대역 신호 무결성 지표는 다음과 같습니다.

통합 차등 인터럽트

적분차 삽입 손실

적분차 회파 손실

적분차 임피던스 편차

"적분" 이란 신호의 무결성의 특정 측면이 관련 주파수 범위에 적용된다는 것을 의미합니다.다시 말해서, 만약 우리가 차분 교란을 예로 들면, 우리는 두 차분 쌍 사이의 차분 교란을 신호 표준에서 규정한 어느 한계보다 낮추기를 희망한다.추적 길이 일치에 중요한 이유를 나중에 알아보겠습니다.

분산적

시간 도메인에서는 HI와 LOW 상태 (2진법으로 가정) 를 동시에 통과하는 차등대 양단 사이의 중간 변환에만 관심이 있습니다.분명히, 디더링은 여기에서 문제를 가져옵니다. 왜냐하면 그것은 선의 길이를 일정한 공차 안으로 제한하기 때문에, 당신은 결코 한 쌍의 선의 끝을 동시에 완벽하게 전환시키지 않을 것입니다.주파수 도메인에서는 다음과 같은 소스의 분산을 고려해야 합니다.

기하학적 분산: 이것은 상호 연결된 경계 조건과 기하학적 형태에 의해 발생하며 상호 연결의 임피던스가 기하학적 형태에 따라 어떻게 변하는지 결정합니다.

전매체 확산: PCB 기판에서 발생하며 PCB에 연결된 기하학적 형태와는 관련이 없습니다.Dk 분산 및 손실이 포함됩니다.

조잡도 색산: 이 추가 색산원은 구리 조잡도 모델과 고주파 집피 효과의 인과관계 때문에 발생한다.

섬유 짜임의 색산: PCB 레이어 프레스의 섬유 짜임은 전체 연결 과정에서 주기적인 색산 변화를 일으킨다.

이러한 분산 소스는 항상 경로설정에 있으므로

또한 실제 PCB 경로설정의 신호 무결성에 대한 다른 모든 지표는 주파수의 함수입니다.다음은 Dk 실제 부분의 분산이 마이크로밴드 경로설정의 임피던스에 어떻게 영향을 미치는지 보여주는 예입니다.

속도 신호

전송선 이론에 익숙하다면 임피던스가 신호 속도와 밀접한 관련이 있다는 것을 알게 될 것이다.PCB 경로설정의 신호 속도를 예로 들겠습니다.다음 그림은 거칠고 분산된 아날로그 벨트의 그룹 속도와 위상 속도를 보여 줍니다.

구리의 거칠음과 개전색산을 가진 견본대형선신호의 군속도와 상속도.

여기서 우리는 위상 속도가 1MHz에서 20GHz로 최대 2배에 달하는 매우 넓은 주파수 범위 내에서 매우 크게 변화하는 것을 볼 수 있다.위상 속도의 변화는 서로 다른 주파수 분량이 상호 연결을 따라 전파되는 속도이기 때문에 여기서 중요한 매개 변수입니다.이 변화를 통해 실제 연결된 PCB 흔적선의 길이 매칭과 주파수 매칭이 얼마나 어려워졌는지 볼 수 있다.우리는 임의로 선택한 단일 주파수가 아니라 모든 주파수를 해석하는 방법이 필요하다.

광대역 길이 일치 및 주파수

길이가 일치하는 도량을 개발하기 위해서, 우리는 주어진 신호 표준의 허용 길이 편차를 고려해야 한다.우리는 이러한 시간 편차를 TLIM이라고 부른다.길이 공차 및 허용된 시간 손실에 대해 다음 방정식을 작성할 수 있습니다.

길이는 허용되는 시간에 따라 달라집니다.

여기서 함수 K는 상호 연결에서 신호의 전파 상수일 뿐이며, 색산으로 인한 주파수의 함수이기도 하다.우리는 허용되는 길이 미스매치를 처리하기 위해 통계적 방법을 사용할 수 있습니다."Lp 범수"라는 것을 사용합니다.관련된 수학을 깊이 연구하지 않고 이 도량이 한 함수와 한 상수만 차이가 나는 평균값 사이의 RMS 차를 계산하는 것과 같다는 것을 알면 된다.따라서 특정 목표 설계 값과 신호 무결성 측정 (임피던스, 펄스 응답 감쇠 / 지연, 간섭 강도 등) 사이의 변화를 해결하는 데 이상적인 수학 도구가 될 수 있습니다.

Lp 샘플을 사용하면 tLIM이 타이밍 미스매치에 대해 정의한 일부 상한선을 기반으로 허용되는 길이 미스매치를 다시 쓸 수 있습니다.

길이는 허용되는 시간에 따라 달라집니다.

광대역 신호 무결성 메트릭을 사용하여 PCB를 설계할 때 위의 등식은 구속으로 간주될 수 있습니다. 전송선의 크기를 결정할 때 이 차이는 끝 또는 끝 사이의 두 선 사이의 총 허용 길이 편차에 영향을 줄 수 있습니다.고속 병렬 프로토콜.전송선의 전파 상수만 알면 적분은 쉽게 계산할 수 있다.그런 다음 필드 해결기를 사용하여 표준 송전선로의 기하학적 형태를 가진 분석 모델을 통해 값을 수동으로 계산할 수 있습니다.

일부 계산 숫자를 제공하기 위해서, 만약 내가 위에 표시된 아날로그 밴드의 위상 속도를 사용한다면, 우리는 평행 단일 끝 완전 격리 흔적선 사이의 허용 길이가 2.07mm이고, 허용 값이라면 시간이 10ps라는 것을 발견했다.10ps의 경우 많은 고속 디지털 신호의 가장자리 속도의 큰 부분입니다.위에서 시뮬레이션한 밴드 선의 경우 이는 1.3041mm의 허용 길이가 일치하지 않는 것과 같습니다.