Eliminowanie źródeł skosu w szybkich PCB

Czasami, kiedy mówimy o skosie, nie jesteśmy tak precyzyjni, jak powinniśmy. Większość dyskusji na temat skosu i jittera dotyczy rodzaju skosu powstałego podczas trasowania, a mianowicie z powodu niedopasowania długości w parach różnicowych i skosu indukowanego przez splot włókien. W rzeczywistości istnieje wiele różnych źródeł skosu, które przyczyniają się do całkowitego jittera na połączeniu międzywęzłowym, i ważne jest, aby te źródła kwantyfikować w magistralach szeregowych i równoległych wymagających precyzyjnej kontroli czasowania.

Jeśli sporządzisz listę źródeł skosu, zobaczysz, że skos indukowany przez splot włókien to tylko jeden z wielu wpisów na długiej liście źródeł skosu. Przyjrzymy się tej liście możliwych źródeł skosu poniżej i zobaczymy, jak wpływają one na działanie twojej PCB. Z poniższej listy zobaczymy, że niektóre z tych problemów ze skosem nie są rozwiązane tylko przez zwrócenie uwagi na konstrukcję splotu włókien w substracie PCB.

Jitter = Całkowity Skos

Pierwszą kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest różnica między jitterem a skew, a także różnica między jitterem/skew losowym a deterministycznym. Prawdopodobnie najlepszą definicję skew, jaką widziałem, pochodzi ze starej noty aplikacyjnej Texas Instruments, napisanej przez Steve'a Corrigana. W tej notatce aplikacyjnej, Steve opisuje jitter jako "sumę wszystkich skew". Powinno to zilustrować, dlaczego niektórzy autorzy czasami używają "jitter" i "skew" zamiennie (sam błędnie to robiłem). JEDEC ma własne definicje dla jittera i skew.

Losowy czy deterministyczny?

Niezależnie od użytego terminu, czasami istnieje związek między "jitterem" a losowym skew, podczas gdy termin "skew" byłby używany w odniesieniu do pseudolosowego lub deterministycznego skew. W rzeczywistości istnieje tylko jedno źródło losowego skew: szum termiczny. Losowy ruch atomów i cząsteczek, które tworzą całą materię, przyczynia się do szumu w obwodach elektronicznych, ale ma to znaczenie tylko w bardzo precyzyjnych pomiarach niskopoziomowych. W większości aplikacji źródła skew, o które należy się martwić, są deterministyczne i można je przypisać do konkretnej przyczyny.

Źródła Skew

Poniższa tabela przedstawia listę źródeł skosu, które mogą pojawić się na PCB, oraz krótki opis miejsca ich występowania.

W tej tabeli dzieje się wiele; mamy wiele źródeł skosu, które mają niewiele wspólnego z efektami splotu włókien i nie mogą być doskonale rozwiązane przez zastosowanie dopasowania długości! Jednakże, patrząc poniżej pierwszego wiersza, widzimy, że większość tych źródeł skosu pojawia się na poziomie systemu z powodu pewnej interakcji między różnymi blokami funkcjonalnymi w systemie, lub między układami scalonymi a płytą.

Czy można wyeliminować cały skos?

Niestety odpowiedź brzmi "nie", nigdy nie można całkowicie wyeliminować skosu. Nawet jeśli stłumisz wszystkie deterministyczne źródła skosu wymienione powyżej, nadal będzie pewna ilość losowego skosu spowodowanego szumem termicznym. Chociaż nigdy nie można całkowicie wyeliminować skosu, można dążyć do jego minimalizacji, stosując kilka podstawowych wytycznych układu.

• Splot szklany: Użyj materiału o ciaśniejszym splocie, jak rozprzestrzenione szkło; to bezpośrednio przeciwdziała skosowi indukowanemu przez splot włókien.
• Przenikanie sygnałów i elementy pasożytnicze: Dowiedz się, co powoduje pasożytnicze sprzężenie między dwoma połączeniami i zaplanuj układ, aby zredukować to sprzężenie. Najłatwiejszym sposobem na radzenie sobie z pasożytniczym sprzężeniem jest odpowiednie zaprojektowanie stosu warstw, które umożliwia odpowiednie rozmieszczenie masy.
• Zakończenie: Zapewnij, aby kanały były zakończone płaską impedancją docelową aż do wymaganego limitu pasma dla twoich kanałów. Innymi słowy, upewnij się, że kanały są zakończone przynajmniej do częstotliwości Nyquista kanału.
• Integralność zasilania: Zapewnij, aby komponenty wymagające precyzyjnego czasowania dla sygnałów wysokiej prędkości lub precyzyjnego czasowania w szybkościach zboczy otrzymywały stabilne zasilanie.

Po rozwiązaniu tych problemów, standardowe struktury dostrajania opóźnień dla różnicowych lub równoległych magistrali mogą być zastosowane, aby skompensować pozostałe skosy w twojej płytce PCB, radząc sobie z wszelkimi niedopasowaniami długości. W tym momencie, nawet jeśli pozostałoby pewne resztkowe skoszenie w twoich połączeniach, większość skosów byłaby adresowana, a sygnały nadal byłyby wyrównane przy wejściach/wyjściach odbiornika.

Funkcje trasowania w Altium Designer^® mogą pomóc Ci zastosować dokładne wyniki obliczeń impedancji jako reguły projektowe, jak również zaprojektować układ warstw w Twojej szybkiej płytce PCB, aby zminimalizować sprzężenie szumów, które przyczyniają się do wymienionych powyżej źródeł skosu. Gdy będziesz gotowy, aby podzielić się swoimi projektami z współpracownikami lub producentem, możesz udostępnić swoje ukończone projekty za pośrednictwem platformy Altium 365^™. Wszystko, czego potrzebujesz do projektowania i produkcji zaawansowanych urządzeń elektronicznych, znajdziesz w jednym pakiecie oprogramowania.

Dopiero zaczęliśmy odkrywać, co jest możliwe do zrobienia z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.