Affrontare le Fonti di Skew nelle PCB ad Alta Velocità

A volte, quando parliamo di skew, non siamo precisi come dovremmo. La maggior parte delle discussioni su skew e jitter trattano il tipo di skew subito durante il routing, dovuto principalmente a disallineamenti di lunghezza nelle coppie differenziali e allo skew indotto dalla trama della fibra. In realtà, ci sono molte diverse fonti di skew che contribuiscono allo jitter totale su un interconnessione, ed è importante quantificarle nei bus seriali e paralleli che richiedono un controllo preciso del timing.

Se compili un elenco delle fonti di skew, vedrai che lo skew indotto dalla trama della fibra è solo una voce in un lungo elenco di fonti di skew. Esamineremo questo elenco di possibili fonti di skew qui sotto, e vedremo come influenzano il funzionamento del tuo PCB. Dall'elenco sottostante, vedremo che alcuni di questi problemi con lo skew non sono semplicemente risolti prestando attenzione alla costruzione della trama della fibra in un substrato PCB.

Jitter = Skew Totale

Il primo punto da notare qui è la differenza tra jitter e skew, così come la differenza tra jitter/skew casuale e deterministico. Probabilmente la migliore definizione di skew che ho visto proviene da una vecchia nota applicativa di Texas Instruments scritta da Steve Corrigan. In questa nota applicativa, Steve descrive il jitter come "la somma totale di tutti gli skew". Questo dovrebbe illustrare perché alcuni autori a volte usano "jitter" e "skew" in modo interscambiabile (anche io ho erroneamente fatto questo). JEDEC ha le proprie definizioni per jitter e skew.

Casuale o Deterministico?

Indipendentemente dal termine che si utilizza, a volte c'è un'associazione tra "jitter" e skew casuale, mentre il termine "skew" sarebbe usato per riferirsi a skew pseudocasuale o deterministico. In realtà, esiste solo una fonte di skew casuale: il rumore termico. Il moto casuale degli atomi e delle molecole che compongono tutta la materia contribuisce al rumore nei circuiti elettronici, ma ciò ha importanza solo in misurazioni di basso livello altamente precise. Nella maggior parte delle applicazioni, le fonti di skew di cui preoccuparsi sono deterministiche e possono essere ricondotte a una causa radice.

Fonti di Skew

La tabella sottostante mostra un elenco di fonti di skew che possono insorgere in un PCB, nonché una breve descrizione di dove ciascuna si verifica.

C'è molto da considerare in questa tabella; abbiamo molteplici fonti di sfasamento che hanno poco a che fare con gli effetti della tessitura della fibra e non possono essere risolti perfettamente applicando l'abbinamento delle lunghezze! Tuttavia, se guardiamo sotto la prima riga, vediamo che la maggior parte di queste fonti di sfasamento appare a livello di sistema a causa di qualche interazione tra diversi blocchi funzionali in un sistema, o tra chip e scheda.

È possibile eliminare completamente lo sfasamento?

Purtroppo la risposta è "no", non è mai possibile eliminare completamente lo sfasamento. Anche se si sopprimessero tutte le fonti deterministiche di sfasamento elencate sopra, ci sarebbe comunque una certa quantità di sfasamento casuale dovuto al rumore termico. Anche se non si può mai eliminare completamente lo sfasamento, si può lavorare per minimizzarlo con alcune linee guida di base per il layout.

• Tessitura del vetro: Usare un materiale con tessitura più stretta come il vetro diffuso; questo affronta direttamente lo sfasamento indotto dalla tessitura della fibra.
• Diafonia e parassiti: Scopri cosa causa l'accoppiamento parassitico tra due interconnessioni e pianifica il layout per ridurre questo accoppiamento. Il modo più semplice per affrontare l'accoppiamento parassitico è un corretto design dello stackup che consente un'adeguata collocazione della massa.
• Terminazione: Assicurati che i canali siano terminati con un'impedenza di destinazione piatta fino al limite di banda richiesto per i tuoi canali. In altre parole, assicurati che i canali siano terminati almeno fino alla frequenza di Nyquist del canale.
• Integrità dell'alimentazione: Assicurati che i componenti che richiedono una temporizzazione precisa per segnali ad alta velocità o una temporizzazione di precisione nei tassi di transizione ricevano un'alimentazione stabile.

Dopo aver affrontato questi problemi, si possono applicare strutture standard di sintonizzazione del ritardo per bus differenziali o paralleli per compensare lo skew residuo nel tuo PCB per gestire qualsiasi disallineamento di lunghezza. A questo punto, anche se ci fosse stato uno skew residuo nelle tue interconnessioni, la maggior parte dello skew sarebbe stata affrontata e i segnali sarebbero comunque allineati agli I/O del ricevitore.

Le funzionalità di routing in Altium Designer^® possono aiutarti ad applicare risultati di calcolo dell'impedenza accurati come regole di progettazione, così come a progettare il tuo stack di strati nel tuo PCB ad alta velocità per minimizzare l'accoppiamento di rumore che contribuisce alle fonti di skew elencate sopra. Quando sei pronto per condividere i tuoi progetti con i collaboratori o il tuo produttore, puoi condividere i tuoi progetti completati attraverso la piattaforma Altium 365^™. Tutto ciò di cui hai bisogno per progettare e produrre elettronica avanzata si trova in un unico pacchetto software.

Abbiamo solo sfiorato la superficie di ciò che è possibile fare con Altium Designer su Altium 365. Inizia oggi la tua prova gratuita di Altium Designer + Altium 365.