Gestion des sources de décalage dans les PCB à haute vitesse

Parfois, lorsque nous parlons de décalage, nous ne sommes pas aussi précis que nous devrions l'être. La plupart des discussions sur le décalage et le jitter traitent du type de décalage subi lors du routage, à savoir en raison de différences de longueur dans les paires différentielles et du décalage induit par le tissage des fibres. En fait, il existe de nombreuses sources différentes de décalage qui contribuent au jitter total sur une interconnexion, et il est important de quantifier celles-ci dans les bus série et parallèle nécessitant un contrôle précis du timing.

Si vous compilez une liste des sources de décalage, vous verrez que le décalage induit par le tissage des fibres n'est qu'une entrée sur une longue liste de sources de décalage. Nous examinerons ci-dessous cette liste de sources de décalage possibles, et nous verrons comment elles affectent le fonctionnement de votre PCB. À partir de la liste ci-dessous, nous verrons que certains de ces problèmes de décalage ne sont pas simplement résolus en prêtant attention à la construction du tissage des fibres dans un substrat de PCB.

Jitter = Décalage Total

Le premier point à noter ici est la différence entre le jitter et le skew, ainsi que la différence entre le jitter/skew aléatoire et déterministe. Probablement la meilleure définition de skew que j'ai vue provient d'une vieille note d'application de Texas Instruments écrite par Steve Corrigan. Dans cette note d'application, Steve décrit le jitter comme "la somme totale de tous les skews". Cela devrait illustrer pourquoi certains auteurs utilisent parfois les termes "jitter" et "skew" de manière interchangeable (j'ai moi-même fait cette erreur). JEDEC a ses propres définitions pour le jitter et le skew.

Aléatoire ou Déterministe ?

Peu importe le terme que vous utilisez, il y a parfois une association entre "jitter" et skew aléatoire, tandis que le terme "skew" serait utilisé pour référencer un skew pseudorandom ou déterministe. En réalité, il n'y a qu'une seule source de skew aléatoire : le bruit thermique. Le mouvement aléatoire des atomes et des molécules qui composent toute matière contribue bien au bruit dans les circuits électroniques, mais cela n'a d'importance que dans les mesures de très bas niveau et de haute précision. Dans la majorité des applications, les sources de skew dont vous devez vous préoccuper sont déterministes et peuvent être reliées à une cause racine.

Sources de Skew

Le tableau ci-dessous présente une liste de sources de décalage qui peuvent survenir dans un PCB, ainsi qu'une brève description de l'origine de chacune.

Il se passe beaucoup de choses dans ce tableau ; nous avons de multiples sources de décalage qui ont peu à voir avec les effets de tressage de fibre et qui ne peuvent pas être parfaitement résolus en appliquant l'appariement des longueurs ! Cependant, si vous regardez sous la première ligne, nous voyons que la plupart de ces sources de décalage apparaissent au niveau du système en raison d'une certaine interaction entre différents blocs fonctionnels dans un système, ou entre les puces et la carte.

Peut-on éliminer tout décalage ?

Malheureusement, la réponse est "non", vous ne pouvez jamais totalement éliminer le décalage. Même si vous supprimiez toutes les sources de décalage déterministes mentionnées ci-dessus, il resterait toujours une certaine quantité de décalage aléatoire due au bruit thermique. Bien que vous ne puissiez jamais complètement éliminer le décalage, vous pouvez travailler à le minimiser avec quelques directives de disposition de base.

• Tressage de verre : Utilisez un matériau à tressage plus serré comme le verre étalé ; cela confronte directement le décalage induit par le tressage de fibre.
• Diaphonie et parasites : Apprenez ce qui cause le couplage parasitaire entre deux interconnexions et planifiez l'agencement pour réduire ce couplage. La manière la plus simple de traiter le couplage parasitaire est une conception de pile de couches appropriée qui permet un placement adéquat de la masse.
• Terminaison : Assurez-vous que les canaux sont terminés avec une impédance cible plate jusqu'à la limite de bande passante requise pour vos canaux. En d'autres termes, assurez-vous que les canaux sont terminés au moins jusqu'à la fréquence de Nyquist du canal.
• Intégrité de l'alimentation : Assurez-vous que les composants nécessitant un minutage précis pour les signaux à haute vitesse ou un minutage de précision dans les taux de transition reçoivent une alimentation stable.

Après avoir traité ces problèmes, des structures standard de réglage de délai pour bus différentiel ou parallèle peuvent être appliquées pour compenser le décalage restant dans votre PCB afin de gérer tout désajustement de longueur. À ce stade, même s'il restait un certain décalage résiduel dans vos interconnexions, la majorité du décalage serait abordée et les signaux seraient toujours alignés aux E/S du récepteur.

Les fonctionnalités de routage dans Altium Designer^® peuvent vous aider à appliquer les résultats de calcul d'impédance précis comme règles de conception, ainsi qu'à concevoir votre empilement de couches dans votre PCB haute vitesse pour minimiser le couplage de bruit qui contribue aux sources de décalage mentionnées ci-dessus. Lorsque vous êtes prêt à partager vos conceptions avec des collaborateurs ou votre fabricant, vous pouvez partager vos conceptions terminées via la plateforme Altium 365^™. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et produire des électroniques avancées se trouve dans un seul package logiciel.

Nous n'avons fait qu'effleurer la surface de ce qu'il est possible de faire avec Altium Designer sur Altium 365. Commencez votre essai gratuit d'Altium Designer + Altium 365 dès aujourd'hui.