Abordando las Fuentes de Desviación en PCBs de Alta Velocidad

A veces, cuando hablamos de desviación (skew), no somos tan específicos como deberíamos. La mayoría de las discusiones sobre desviación y jitter tratan sobre el tipo de desviación que se incurre durante el enrutamiento, debido principalmente a desajustes de longitud en pares diferenciales y desviación inducida por la trama de fibra. De hecho, hay muchas fuentes diferentes de desviación que contribuyen a la variación total (jitter) en una interconexión, y es importante cuantificar estas en buses seriales y paralelos que requieren un control de tiempo preciso.

Si compilas una lista de fuentes de desviación, verás que la desviación inducida por la trama de fibra es solo una entrada en una larga lista de fuentes de desviación. Examinaremos esta lista de posibles fuentes de desviación a continuación, y veremos cómo afectan el funcionamiento de tu PCB. A partir de la lista a continuación, veremos que algunos de estos problemas con la desviación no se resuelven simplemente prestando atención a la construcción de la trama de fibra en un sustrato de PCB.

Jitter = Desviación Total

El primer punto a tener en cuenta aquí es la diferencia entre jitter y skew, así como la diferencia entre jitter/skew aleatorio y determinista. Probablemente, la mejor definición de skew que he visto proviene de una nota de aplicación antigua de Texas Instruments escrita por Steve Corrigan. En esta nota de aplicación, Steve describe el jitter como "la suma total de todos los skews". Esto debería ilustrar por qué algunos autores a veces usan "jitter" y "skew" de manera intercambiable (yo mismo he cometido este error). JEDEC tiene sus propias definiciones para jitter y skew.

¿Aleatorio o Determinista?

No importa qué término uses, a veces hay una asociación entre "jitter" y skew aleatorio, mientras que el término "skew" se usaría para referirse a skew pseudoaleatorio o determinista. En realidad, solo hay una fuente de skew aleatorio: el ruido térmico. El movimiento aleatorio de los átomos y moléculas que componen toda materia sí contribuye al ruido en los circuitos electrónicos, pero solo importa en mediciones de bajo nivel altamente precisas. En la mayoría de las aplicaciones, las fuentes de skew que necesitas preocuparte son deterministas y pueden vincularse a una causa raíz.

Fuentes de Skew

La tabla a continuación muestra una lista de fuentes de desviación que pueden surgir en un PCB, así como una breve descripción de dónde surge cada una.

Hay mucho que considerar en esta tabla; tenemos múltiples fuentes de desviación que tienen poco que ver con los efectos de tejido de fibra y no pueden resolverse perfectamente aplicando emparejamiento de longitud! Sin embargo, si miras debajo de la primera fila, verás que la mayoría de estas fuentes de desviación aparecen a nivel del sistema debido a alguna interacción entre diferentes bloques funcionales en un sistema, o entre chips y la placa.

¿Puedes Eliminar Toda Desviación?

Lamentablemente, la respuesta es "no", nunca puedes eliminar totalmente la desviación. Incluso si suprimieras todas las fuentes deterministas de desviación mencionadas anteriormente, todavía habría cierta cantidad de desviación aleatoria debido al ruido térmico. Aunque nunca puedes eliminar completamente la desviación, puedes trabajar para minimizarla con algunas pautas básicas de diseño.

• Tejido de vidrio: Usa un material de tejido más apretado como el vidrio esparcido; esto confronta directamente la desviación inducida por tejido de fibra.
• Diafonía y parásitos: Aprenda qué causa el acoplamiento parásito entre dos interconexiones y planifique el diseño para reducir este acoplamiento. La forma más fácil de lidiar con el acoplamiento parásito es mediante un diseño de apilamiento adecuado que permita una colocación apropiada de tierra.
• Terminación: Asegúrese de que los canales estén terminados con una impedancia objetivo plana hasta el límite de ancho de banda requerido para sus canales. En otras palabras, asegúrese de que los canales estén terminados al menos hasta la frecuencia de Nyquist del canal.
• Integridad de la alimentación: Asegúrese de que los componentes que requieren un temporizado preciso para señales de alta velocidad o un temporizado de precisión en las tasas de cambio estén recibiendo una alimentación estable.

Después de tratar estos problemas, se pueden aplicar estructuras estándar de ajuste de retardo para buses diferenciales o paralelos para compensar el desfase restante en su PCB para tratar cualquier desajuste de longitud. En este punto, incluso si hubiera algún desfase residual en sus interconexiones, la mayoría del desfase sería abordada y las señales aún estarían alineadas en los I/Os del receptor.

Las características de enrutamiento en Altium Designer^® pueden ayudarte a aplicar resultados precisos de cálculo de impedancia como reglas de diseño, así como a diseñar tu pila de capas en tu PCB de alta velocidad para minimizar el acoplamiento de ruido que contribuye a las fuentes de desviación mencionadas anteriormente. Cuando estés listo para compartir tus diseños con colaboradores o tu fabricante, puedes compartir tus diseños completados a través de la plataforma Altium 365^™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se puede encontrar en un solo paquete de software.

Solo hemos arañado la superficie de lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Comienza tu prueba gratuita de Altium Designer + Altium 365 hoy.