Tecnología de PCB - Cómo el PCB considera todo el ancho de banda de la señal en la coincidencia de longitud de la línea

Relación entre la coincidencia de longitud de cableado de la placa de circuito impreso y la frecuencia de par diferencial

La coincidencia correcta entre la longitud y la frecuencia del rastro debe considerar todo el ancho de banda de la señal que se propaga a lo largo del rastro. En los últimos años, este ha sido el tema de investigación del Protocolo serie diferencial, y estándares como usb4 plantean requisitos específicos para los indicadores de integridad de la señal de banda ancha. Algunos indicadores de integridad de la señal de banda ancha de la muestra son:

Conversación cruzada diferencial integrada

Pérdida de inserción de la diferencia de puntos

Pérdida de eco de diferencia integral

Desviación de la resistencia de la diferencia integral

Los llamados "puntos", queremos decir que aspectos específicos de la integridad de la señal se aplican a los rangos de frecuencia relevantes. En otras palabras, si tomamos como ejemplo la conversación cruzada diferencial, queremos reducir la conversación cruzada diferencial entre dos pares diferenciales a un límite inferior al especificado en el estándar de señalización. Veremos más tarde por qué esto es importante para rastrear la coincidencia de longitud.

Disperso

En el dominio del tiempo, solo nos preocupa la transición intermedia entre ambos extremos del par diferencial que cruza los Estados hi y Low al mismo tiempo (suponiendo que sea binario). Obviamente, el temblor trae un problema aquí, ya que limita la longitud de su línea a una cierta tolerancia, por lo que nunca puede hacer una transición perfecta de un par de líneas al mismo tiempo. En el dominio de la frecuencia, necesitamos considerar la dispersión de las siguientes fuentes:

Dispersión geométrica: esto se debe a las condiciones límite y la geometría de la interconexión, lo que determina cómo la resistencia de la interconexión cambia con la geometría.

Difusión dieléctrica: esto ocurre en un sustrato de PCB y no tiene nada que ver con la geometría de la interconexión en el pcb. Incluye dispersión y pérdida de dk.

Dispersión de la rugosidad: esta fuente adicional de dispersión se debe a la relación causal entre el modelo de rugosidad de cobre y el efecto de piel de alta frecuencia.

Dispersión del tejido de fibra: el tejido de fibra en el laminado de PCB producirá cambios periódicos de dispersión durante todo el proceso de interconexión.

Debido a que estas fuentes de dispersión siempre están presentes en el cableado,

Y todos los demás indicadores de integridad de la señal del cableado real de PCB son funciones de la frecuencia. A continuación se muestra un ejemplo de cómo la dispersión en la parte real de DK afecta la resistencia del cableado de microstrip.

Señal de velocidad

Si estás familiarizado con la teoría de la línea de transmisión, entonces sabrás que la resistencia está estrechamente relacionada con la velocidad de la señal. Tomemos como ejemplo la velocidad de la señal del cableado de pcb. La siguiente imagen muestra la velocidad del Grupo y la velocidad de fase de la banda simulada con rugosidad y dispersión.

Velocidad de grupo y velocidad de fase de la señal de la línea de banda de la muestra con rugosidad de cobre y dispersión dieléctrica.

Aquí podemos ver que la velocidad de fase varía mucho en un rango de frecuencia muy amplio, de 1 MHz a 20 GHz hasta el doble. La variación de la velocidad de fase es un parámetro importante aquí, ya que se trata de la velocidad a la que los diferentes componentes de frecuencia se propagan a lo largo de la interconexión. Con este cambio, podemos ver lo difícil que es para la interconexión real la coincidencia de longitud de huella de PCB y la coincidencia de frecuencia. Necesitamos algunas maneras de explicar todas las frecuencias, no solo una sola frecuencia elegida arbitrariamente.

Coincidencia de longitud y frecuencia de banda ancha

Para desarrollar una medida de coincidencia de longitud, necesitamos considerar la desviación de longitud permitida de un estándar de señal dado. Llamamos a esta desviación de tiempo tlim. Podemos escribir las siguientes ecuaciones para la tolerancia de longitud y el desajuste cronológico permitido:

La longitud que cambia en función de los cambios de tiempo permitidos.

Aquí, la función k es simplemente una constante de propagación de la señal en la interconexión, y también es una función de la frecuencia causada por la dispersión. Podemos usar métodos estadísticos para manejar los desajustes de longitud permitidos, utilizando la llamada "norma lp". Sin profundizar en las matemáticas involucradas, basta con saber que esta medida equivale a calcular la diferencia RMS entre una función y un promedio que solo difiere de una constante. Por lo tanto, esto lo convierte en una herramienta matemática ideal para resolver los cambios entre los valores de diseño de ciertos objetivos y las mediciones de integridad de la señal (resistencia, atenuación / retraso de la respuesta de pulso, intensidad de conversación cruzada, etc.).

Con la norma lp, podemos reescribir el desajuste de longitud permitido basado en algunos límites superiores definidos por tlim para el desajuste de tiempo:

La longitud que cambia en función de los cambios de tiempo permitidos.

Al diseñar un PCB utilizando la medida de integridad de la señal de banda ancha, la ecuación anterior puede considerarse una restricción: al determinar el tamaño de la línea de transmisión, esto puede afectar la desviación total permitida de la longitud de la diferencia entre cualquiera de las dos líneas en o entre los extremos. Protocolo paralelo de alta velocidad. Siempre que se conozca la constante de propagación de la línea de transmisión, los puntos se pueden calcular fácilmente. A continuación, se puede calcular manualmente el valor utilizando un Solucionador de campo y a través de un modelo de análisis con la geometría estándar de la línea de transmisión.

Para proporcionar algunos números de cálculo, si uso la velocidad de fase de la banda analógica mostrada anteriormente, encontramos que el desajuste de longitud permitido entre los rastros de aislamiento completo de un solo extremo paralelo es de 2,07 mm, y si el valor permitido, el desajuste de tiempo es de 10 ps. Tenga en cuenta que para 10ps, esta es una gran parte de la velocidad de borde de muchas señales digitales de alta velocidad. Para la línea de banda simulada arriba, esto equivale a un desajuste de longitud permitido de 13041 mm