Teknik PCB - Sumber ofset dalam PCB kelajuan tinggi

Berikut adalah analisis dan penyelesaian sumber ofset dalam PCB kelajuan tinggi, saya harap ia akan membantu semua orang.

Penyegerakan isyarat dalam peranti digital kelajuan tinggi bergantung pada pengukuran penukaran tepat dari ICs digital. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi masa penukaran isyarat, dan penilaian yang salah akan meningkatkan kadar ralat bit peranti. Dalam peranti tanpa kelebihan, kadar ralat bit lebih tinggi mungkin menyebabkan PCB berhenti berfungsi.

1. Masa naik/jatuh isyarat

ICs digital mempunyai beberapa kapasitas output dan impedance karakteristik, yang menyebabkan lambat bila menukar antara keadaan tukar. Masa naik dan jatuh isyarat biasanya kira-kira linear, tetapi masa naik dan jatuh sebenar adalah eksponensial, sama dengan nilai yang diukur dalam sirkuit RC mudah.

Perkiraan linear ini sesuai untuk kelajuan penukaran yang lebih rendah, di mana tempoh penukaran jauh lebih panjang daripada konstan masa yang sama yang berkaitan dengan masa naik/jatuh. Perkiraan linear cenderung untuk meremehkan masa penggantian. Perkiraan lain ialah masa yang diperlukan untuk menetapkan kelajuan tukar ke penggantian antara hujung rendah keadaan pada dan hujung tinggi keadaan off.

Malangnya, kedua-dua persamaan ini mungkin meremehkan masa naik/jatuh yang betul bagi isyarat digital. Ini boleh menyebabkan masalah bila memilih kelajuan tukar yang sesuai dan rangkaian isyarat penyegerakan.

Kesan penukaran isyarat dan peluncuran yang ia hasilkan adalah dua kali ganda. Pertama, ia menyebabkan ralat pada masa tiba isyarat dihantar melalui IC terus menerus. ICs berbeza boleh menghasilkan bentuk denyut output yang sedikit berbeza, dan denyut output boleh diubah mengikut aliran denyut digital yang tepat. Ini mencipta masa rujukan yang berbeza antara isyarat, yang boleh menyebabkan masalah bila desainer menyegerakan sirkuit kelajuan tinggi.

Kedua, masa eksponensial naik dan jatuh semasa menukar boleh menyebabkan tenaga output jatuh dalam margin atau kawasan tidak ditakrif bunyi. Jika anda cuba memandu PCB pada kadar data yang sama dengan konstan masa RC yang berkesan, ia akan meningkatkan kadar ralat bit.

Apabila kadar data lebih tinggi dari ~100 Mbps, penyerangan patut dikurangkan dengan menggunakan jam penghantaran atau terbenam dalam PCB. Dalam kebanyakan rancangan kelajuan tinggi, isyarat dijalankan dalam pasangan berbeza untuk mengurangkan percakapan salib. Ini memerlukan pembayaran peluru tepat antara kaki positif dan kaki negatif pasangan jejak dalam rangkaian isyarat berbeza. Sebelum penghancuran isyarat menjadi isu utama, kadar data Gbps atau kadar data yang lebih tinggi hanya boleh membenarkan skew beberapa pikosekund.

2. Kesan substrat papan sirkuit dan kapasitas parasit

Dengan mempertimbangkan jejak konduktif yang mengapung di dalam vakum, simulasi sederhana boleh mempertimbangkan penyerangan isyarat digital. Simulasi yang lebih baik akan mempertimbangkan kehadiran substrat, yang mencipta kapasitas parasitik antara konduktor bersebelahan. Kapensiensi parasit ini boleh dilihat sebagai kondensator selari, yang meningkatkan keseluruhan kapasitasi jejak yang diberikan. Ini akan meningkatkan konstan masa RC yang berkesan dan meningkatkan skew.

Ketika densiti sambungan meningkat, kapasitas parasit hanya akan meningkat lebih jauh. Sirkuit ini mempunyai ruang yang lebih ketat antara jejak, yang menyebabkan kapasitas parasit yang lebih tinggi. Perlu menyesuaikan lebar jejak dengan sesuai untuk memastikan jejak boleh disesuaikan dengan sesuai dalam proses desain.

Dalam PCB berbilang lapisan, resin epoksi dan weave kaca dalam substrat PCB juga akan mempengaruhi skew. Kerana keterangan penghasilan PCB, corak pengaman hampir tidak pernah disesuaikan dengan setiap jejak. Sebaliknya, cabang dan trek akan diatur pada sudut antara mereka, dan sudut akan mempengaruhi skew dengan mencipta lambat fasa. Ofset sisi antara corak pisau dan jejak juga akan mempengaruhi skew.

Dalam domain masa, ini mempengaruhi lambat penyebaran isyarat dalam jejak tertentu. Skew dalam kes ini biasanya dikwantifikasikan dalam unit ps/inci. Jejak yang lebih panjang akan mengumpulkan kelajuan yang lebih besar, dan untuk jejak panjang-tengah, kelajuan boleh mencapai beberapa pikos saat. Ini meningkatkan kemungkinan penghancur isyarat dalam peranti yang berfungsi di Gbps. Laminat kelajuan tinggi sering digunakan untuk membalas masalah penghancur isyarat ini dalam PCB berbilang lapisan.

3. Jejak yang tidak sepadan berada di PCB

Dalam rancangan PCB, ofset masa disebabkan oleh panjang yang tidak sepadan atau lambat penyebaran biasanya dikumpensasikan oleh jejak zigzag. Rangkaian isyarat dengan panjang jejak tidak sepadan boleh sepadan semua panjang jejak dengan jejak paling panjang dalam rangkaian. Lengkung perlu ditambah ke jejak pendek untuk meningkatkan panjangnya.