Устранение источников скоса в высокоскоростных печатных платах

Иногда, когда мы говорим о сдвиге, мы не бываем настолько конкретными, как следовало бы. Большинство обсуждений сдвига и джиттера касаются типа сдвига, возникающего во время трассировки, а именно из-за несоответствия длин в дифференциальных парах и сдвига, вызванного структурой волокон. На самом деле, существует множество различных источников сдвига, которые вносят вклад в общий джиттер на межсоединении, и важно количественно оценить эти источники в последовательных и параллельных шинах, требующих точного контроля времени.

Если вы составите список источников сдвига, то увидите, что сдвиг, вызванный структурой волокон, является лишь одним пунктом в длинном списке источников сдвига. Мы рассмотрим этот список возможных источников сдвига ниже, и увидим, как они влияют на работу вашей печатной платы. Из приведенного ниже списка мы увидим, что некоторые проблемы со сдвигом не решаются простым учетом конструкции волоконной структуры в субстрате печатной платы.

Джиттер = Общий Сдвиг

Первое, на что стоит обратить внимание, это разница между джиттером и сдвигом, а также разница между случайным и детерминированным джиттером/сдвигом. Вероятно, лучшее определение сдвига, которое я видел, было дано в старой заметке приложения от Texas Instruments, написанной Стивом Корриганом. В этой заметке приложения Стив описывает джиттер как "суммарное значение всех сдвигов". Это должно показать, почему некоторые авторы иногда используют "джиттер" и "сдвиг" как взаимозаменяемые термины (я сам ошибочно делал это). JEDEC имеет свои собственные определения для джиттера и сдвига.

Случайный или Детерминированный?

Независимо от используемого термина, иногда существует ассоциация между "джиттером" и случайным сдвигом, в то время как термин "сдвиг" использовался бы для обозначения псевдослучайного или детерминированного сдвига. На самом деле, есть только один источник случайного сдвига: тепловой шум. Случайное движение атомов и молекул, составляющих всё вещество, действительно способствует шуму в электронных схемах, но это имеет значение только в высокоточных измерениях на низком уровне. В большинстве приложений источники сдвига, о которых вам нужно беспокоиться, являются детерминированными и могут быть связаны с первопричиной.

Источники Сдвига

В таблице ниже представлен список источников асимметрии, которые могут возникнуть на печатной плате, а также краткое описание каждого из них.

Асимметрия, вызванная структурой волокон	Возникает из-за периодически неоднородного и анизотропного строения материалов подложки печатной платы. Предпочтение отдаётся механически распределённым стекловолоконным тканям для уменьшения этого эффекта.
Периодическая асимметрия	Возникает из-за периодического шума, вызванного другими источниками в системе, такими как шум питающей шины, вызванный переключением высокоскоростных входов/выходов.
Ограниченная несвязанная асимметрия	Возникает из-за перекрёстных помех; эта асимметрия не связана с активностью на пострадавшем соединении, поэтому кажется случайной.
Искажение рабочего цикла	Может быть побочным эффектом другого источника шума. Относится к случаю, когда пороги переключения или логические пороги отклоняются от их идеальных значений, что смещает передний фронт импульсной последовательности.
Отражения	Отражения на приёмнике способствуют межсимвольной интерференции, как видно на диаграмме глаза; в этом случае отражённый символ может создать ранний или поздний передний фронт на всех последующих символах.
Модуляция ширины импульса, зависящая от данных	Это побочный эффект ограничения пропускной способности в высокоскоростном канале (например, дисперсия в потерях или терминировании, паразитная емкость)

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

В этой таблице происходит много всего; у нас есть множество источников сдвига, которые мало связаны с эффектами переплетения волокон и не могут быть идеально решены путем применения согласования длин! Однако, если посмотреть ниже первой строки, мы видим, что большинство этих источников сдвига появляются на уровне системы из-за некоторого взаимодействия между различными функциональными блоками в системе или между чипами и платой.

Можно ли полностью устранить сдвиг?

К сожалению, ответ - "нет", вы никогда не сможете полностью устранить сдвиг. Даже если вы подавите все детерминированные источники сдвига, указанные выше, все равно будет некоторое количество случайного сдвига из-за теплового шума. Хотя вы никогда не сможете полностью устранить сдвиг, вы можете стремиться к его минимизации, следуя нескольким основным рекомендациям по размещению.

• Ткань из стекловолокна: Используйте материал с более плотным переплетением, например, распределенное стекловолокно; это напрямую борется с сдвигом, вызванным переплетением волокон.
• Перекрестные помехи и паразитные параметры: Узнайте, что вызывает паразитную связь между двумя соединениями и спланируйте размещение компонентов так, чтобы уменьшить эту связь. Самый простой способ борьбы с паразитной связью - это правильное проектирование стека слоев, которое позволяет корректно разместить землю.
• Терминирование: Убедитесь, что каналы завершены с постоянным целевым импедансом до требуемого предела пропускной способности для ваших каналов. Другими словами, убедитесь, что каналы завершены по крайней мере до найквистовой частоты канала.
• Целостность питания: Убедитесь, что компоненты, требующие точного времени для высокоскоростных сигналов или точного времени в скоростях фронта, получают стабильное питание.

После решения этих проблем можно применить стандартные структуры настройки задержек для дифференциальных или параллельных шин, чтобы компенсировать оставшееся расхождение в задержках на вашей печатной плате и справиться с любым несоответствием длины. На этом этапе, даже если в ваших соединениях осталось некоторое остаточное расхождение, большая часть расхождения будет устранена, и сигналы все равно будут синхронизированы на входах/выходах приемника.

Функции трассировки в Altium Designer^® могут помочь вам применять результаты расчета импеданса в качестве правил проектирования, а также проектировать стек слоев вашей высокоскоростной печатной платы для минимизации помех, способствующих источникам сдвига, перечисленным выше. Когда вы будете готовы поделиться своими проектами с коллегами или производителем, вы можете поделиться своими завершенными проектами через платформу Altium 365^™. Все, что вам нужно для проектирования и производства передовой электроники, можно найти в одном программном пакете.

Конструирование высокоскоростных печатных плат

Простые решения для сложных задач проектирования высокоскоростных печатных плат

Изучите предлагаемые решения

Мы только коснулись поверхности того, что возможно сделать с Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.