Teknik PCB - Bagaimana PCB mempertimbangkan seluruh lebar banding isyarat dalam panjang baris sepadan

Hubungan antara panjang laluan papan PCB yang sepadan dan frekuensi pasangan perbezaan

Perpadanan yang betul bagi panjang jejak dan frekuensi patut mempertimbangkan seluruh lebar banding isyarat pembesaran sepanjang jejak. Ini telah menjadi subjek penyelidikan dalam protokol berantai berbeza selama beberapa tahun terakhir, dengan standar seperti USB4 meletakkan keperluan khusus pada indikator integriti isyarat jangkauan luas. Beberapa pengunjuk integriti isyarat band lebar sampel adalah:

Percakapan salib berbeza terintegrasi

Kehilangan penyisihan perbezaan keseluruhan

Perbezaan keseluruhan kehilangan kembalian

Perbezaan keseluruhan impedance

Dengan "integrasi", kita bermaksud bahawa aspek khusus integriti isyarat berlaku di seluruh julat frekuensi yang relevan. Dengan kata lain, jika kita ambil perbezaan salib contoh, kita mahu mengurangkan perbezaan salib antara dua pasangan perbezaan ke bawah had tertentu, seperti yang dinyatakan dalam piawai isyarat. Kita akan lihat mengapa ini penting untuk mengesan sepadan panjang dalam satu saat.

terbelah

Dalam domain masa, kita hanya peduli tentang transisi setengah jalan antara dua hujung perbezaan pasangan melintasi keadaan HI dan LOW (anggap binari) pada masa yang sama. Jelas, kegelisahan mengakibatkan masalah di sini, dalam bahawa ia membatasi panjang garis anda kepada toleransi tertentu, sehingga anda tidak akan mendapat hujung sepasang garis untuk bergerak sempurna pada masa yang sama. Dalam domain frekuensi, kita perlu mempertimbangkan penyebaran dari sumber berikut:

Pemecahan geometrik: Ini disebabkan oleh keadaan sempadan dan geometri antara sambungan, yang kemudian menentukan bagaimana impedance antara sambungan berbeza dengan geometri.

Difusion dielektrik: Ini berlaku dalam substrat PCB dan bebas dari geometri antara-antara sambungan pada PCB. Ia termasuk penyebaran dan kehilangan Dk.

Pencerahan keras: Sumber pembersihan tambahan ini berlaku disebabkan penyebab model keras tembaga dan kesan kulit pada frekuensi tinggi.

Pembezaan penyemburan serat: penyemburan serat dalam laminat PCB menghasilkan perubahan penyemburan periodik sepanjang sambungan.

Kerana sumber penyebaran ini sentiasa ada dalam kawat, mereka menyebabkan impedance, kelajuan,

dan semua indikator integriti isyarat bagi kawat PCB yang sebenar menjadi fungsi frekuensi. Contoh yang menunjukkan bagaimana penyebaran dalam bahagian sebenar Dk mempengaruhi kemudahan kawat microstrip dipaparkan di bawah.

Isyarat kelajuan

Jika anda akrab dengan teori garis penghantaran, maka anda tahu bahawa impedance terkait dengan kelajuan isyarat. Mari kita ambil kelajuan isyarat kabel PCB sebagai contoh. Figur di bawah menunjukkan kelajuan kumpulan dan fasa band simulasi dengan kasar dan pembebasan.

Kelajuan kumpulan dan kelajuan fasa bagi isyarat garis pita sampel dengan kasar tembaga dan pembebasan dielektrik.

Di sini kita boleh lihat bahawa kelajuan fasa bervariasi besar dalam julat frekuensi luas, sehingga faktor 2 dari 1MHz hingga 20GHz. Perubahan kelajuan fasa adalah parameter penting di sini kerana inilah kadar yang mana komponen frekuensi berbeza berkembang sepanjang sambungan. Melalui perubahan ini, kita boleh melihat betapa sukarnya persamaan panjang jejak PCB dan persamaan frekuensi menjadi untuk sambungan praktik. Kita perlukan cara untuk menganggap semua frekuensi, bukan hanya frekuensi individu terpilih secara arbitrari.

Panjang jalur lebar sepadan dan frekuensi

Untuk mengembangkan ukuran persamaan panjang, kita perlu mempertimbangkan penyelesaian panjang yang boleh dibenarkan untuk standar isyarat tertentu. Kita panggil masa ini deviation TLIM. Kita boleh tulis persamaan berikut untuk toleransi panjang dan ketidaksepadan masa yang dibenarkan:

Perubahan panjang mengikut variasi sementara yang dibenarkan.

Di sini, fungsi K hanyalah konstan penyebaran isyarat di atas sambungan, yang juga fungsi frekuensi disebabkan penyebaran. Kita boleh guna kaedah statistik untuk menangani ketidaksepadan panjang yang boleh digunakan sesuatu yang dipanggil "norm Lp". Tanpa memandang terlalu dalam matematika yang terlibat, hanya tahu bahawa ukuran ini adalah sama dengan mengira perbezaan RMS antara fungsi dan rata-rata yang berbeza hanya dengan konstan. Oleh itu, ini menjadikannya alat matematik yang ideal untuk mengatasi variasi diantara nilai desain sasaran tertentu dan tindakan integriti isyarat (impedance, puls responsion attenuation/delay, cross talk intensity, dll.).

Mengguna norm Lp, kita boleh tulis semula ketidaksepadan panjang yang dibenarkan berdasarkan beberapa had atas yang ditakrif oleh tLIM untuk ketidaksepadan masa:

Perubahan panjang mengikut variasi sementara yang dibenarkan.

Apabila merancang PCB menggunakan metrik integriti isyarat jangkauan luas, persamaan di atas boleh dianggap sebagai kekangan: apabila menentukan saiz garis penghantaran, ini boleh mempengaruhi keseluruhan penyerangan panjang yang boleh diantara mana-mana dua garis dalam atau diantara hujung pasangan perbezaan. Protokol selari kelajuan tinggi. Integral mudah dihitung selama anda tahu konstan pendaraban garis penghantaran. Nilai ini boleh dihitung dengan menggunakan penyelesair medan dan secara manual dengan model analisis dengan geometri garis trasmis piawai.

Hanya untuk memberikan beberapa nombor untuk pengiraan, jika saya menggunakan kelajuan fasa bagi garis analog yang dipaparkan di atas, kita mendapati bahawa ketidakpadanan panjang yang dibenarkan antara garis selari satu-akhir yang terisolasi sepenuhnya adalah 2.07mm dan ketidakpadanan masa adalah 10ps jika nilai yang dibenarkan. Perhatikan bahawa untuk 10ps, ini adalah bahagian besar kadar pinggir bagi banyak isyarat digital kelajuan tinggi. Untuk garis pita yang saya simulasikan di atas, ini sama dengan 1.3041 mm ketidakpadanan panjang yang dibenarkan