Abordando Fontes de Desequilíbrio em PCBs de Alta Velocidade

Às vezes, quando falamos sobre desvio de fase (skew), não somos tão específicos quanto deveríamos. A maioria das discussões sobre desvio de fase e jitter trata do tipo de desvio incorrido durante o roteamento, nomeadamente devido a diferenças de comprimento em pares diferenciais e desvio induzido pela trama de fibra. De fato, existem muitas fontes diferentes de desvio que contribuem para o jitter total em uma interconexão, e é importante quantificar essas fontes em barramentos seriais e paralelos que requerem controle preciso de tempo.

Se você compilar uma lista de fontes de desvio, verá que o desvio induzido pela trama de fibra é apenas uma entrada em uma longa lista de fontes de desvio. Vamos olhar para esta lista de possíveis fontes de desvio abaixo, e veremos como elas afetam a operação da sua PCB. A partir da lista abaixo, veremos que alguns desses problemas com desvio não são simplesmente resolvidos prestando atenção à construção da trama de fibra em um substrato de PCB.

Jitter = Desvio Total

O primeiro ponto a ser observado aqui é a diferença entre jitter e skew, bem como a diferença entre jitter/skew aleatório e determinístico. Provavelmente, a melhor definição de skew que já vi vem de uma nota de aplicação antiga da Texas Instruments escrita por Steve Corrigan. Nesta nota de aplicação, Steve descreve o jitter como "a soma total de todos os skews". Isso deve ilustrar por que alguns autores às vezes usam "jitter" e "skew" de forma intercambiável (eu mesmo já fiz isso por engano). A JEDEC tem suas próprias definições para jitter e skew.

Aleatório ou Determinístico?

Não importa qual termo você use, às vezes há uma associação entre "jitter" e skew aleatório, enquanto o termo "skew" seria usado para referenciar skew pseudorandom ou determinístico. Na realidade, existe apenas uma fonte de skew aleatório: o ruído térmico. O movimento aleatório dos átomos e moléculas que compõem toda a matéria contribui para o ruído em circuitos eletrônicos, mas isso só importa em medições de baixo nível altamente precisas. Na maioria das aplicações, as fontes de skew com as quais você precisa se preocupar são determinísticas e podem ser vinculadas a uma causa raiz.

Fontes de Skew

A tabela abaixo mostra uma lista de fontes de desvio que podem surgir em um PCB, bem como uma breve descrição de onde cada uma surge.

Há muito acontecendo nesta tabela; temos múltiplas fontes de desvio que pouco têm a ver com os efeitos da trama de fibra e não podem ser perfeitamente resolvidos aplicando correspondência de comprimento! No entanto, se você olhar abaixo da primeira linha, veremos que a maioria dessas fontes de desvio aparece no nível do sistema devido a alguma interação entre diferentes blocos funcionais em um sistema, ou entre chips e a placa.

É Possível Eliminar Todo o Desvio?

Infelizmente a resposta é "não", você nunca pode eliminar totalmente o desvio. Mesmo que você suprimisse todas as fontes determinísticas de desvio listadas acima, ainda haverá alguma quantidade de desvio aleatório devido ao ruído térmico. Embora você nunca possa eliminar completamente o desvio, você pode trabalhar para minimizá-lo com algumas diretrizes básicas de layout.

• Trama de vidro: Use um material de trama mais apertada como vidro espalhado; isso confronta diretamente o desvio induzido pela trama de fibra.
• Crosstalk e parasitas: Aprenda o que causa o acoplamento parasitário entre dois interconexões e planeje o layout para reduzir esse acoplamento. A maneira mais fácil de lidar com o acoplamento parasitário é um design de empilhamento adequado que permite um posicionamento apropriado da terra.
• Terminação: Garanta que os canais sejam terminados com uma impedância alvo plana até o limite de largura de banda necessário para seus canais. Em outras palavras, garanta que os canais sejam terminados pelo menos até a frequência de Nyquist do canal.
• Integridade de energia: Garanta que componentes que requerem temporização precisa para sinais de alta velocidade ou temporização de precisão em taxas de transição estejam recebendo energia estável.

Após lidar com essas questões, estruturas padrão de ajuste de atraso de barramento diferencial ou paralelo podem ser aplicadas para compensar o desvio remanescente em seu PCB para lidar com qualquer incompatibilidade de comprimento. Neste ponto, mesmo que houvesse algum desvio residual em suas interconexões, a maior parte do desvio seria abordada e os sinais ainda estariam alinhados nos I/Os do receptor.

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