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Blogue PCB
Comment tenir compte de l'ensemble de la largeur de bande du signal lors de l'appariement de la longueur de trace du PCB
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Comment tenir compte de l'ensemble de la largeur de bande du signal lors de l'appariement de la longueur de trace du PCB

Comment tenir compte de l'ensemble de la largeur de bande du signal lors de l'appariement de la longueur de trace du PCB

2022-08-30
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Author:iPCB

Si vous lisez beaucoup PCB boardGuide de conception, En particulier sur les protocoles parallèles et le routage par paires différentielles, Vous verrez beaucoup d'informations sur le suivi des correspondances de longueur. Lorsqu'une correspondance de longueur de piste est nécessaire, Votre objectif est de minimiser les paires de différences dans les protocoles série, multiple pairs in parallel protocols (eg PCIe), Trajectoires multiples/Les protocoles suivants sont appariés ou utilisés dans des protocoles parallèles. La différence de synchronisation entre n'importe quel protocole est l'horloge de synchronisation source. Les outils Cao facilitent la réflexion sur ce qui se passe. Cependant,, Qu'arrive - t - il aux autres fréquences?? Plus précisément,, Que se passe - t - il avec les signaux à large bande?? Tous les signaux numériques sont des signaux à large bande dont le contenu en fréquence s'étend du courant continu à l'infini.. En raison de la large bande passante du signal numérique, Quelle fréquence doit être utilisée pour correspondre à la longueur de la piste? Malheureusement,, Fréquence ambiguë utilisée pour suivre les correspondances de longueur, Par conséquent, les concepteurs doivent comprendre comment réagir PCB board Correspondance de la longueur de piste et de la fréquence. Pour mieux comprendre, Nous devons examiner les techniques utilisées dans la conception de la large bande et la façon dont la largeur de bande totale du signal est prise en compte dans l'appariement de la longueur de la piste..

PCB board

Relation entre l'appariement de la longueur des traces de PCB et la fréquence des paires de différences

Pour faire correspondre correctement la longueur de la piste à la fréquence, il faut tenir compte de toute la largeur de bande du signal qui se propage sur la piste. Au cours des dernières années, il s'agit d'un sujet de recherche sur le Protocole de série différentielle. Des normes telles que usb4 imposent des exigences spécifiques pour la mesure de l'intégrité des signaux à large bande. Voici quelques exemples de mesures d'intégrité des signaux à large bande:


Crosstalk différentiel intégré

Perte d'insertion différentielle intégrale

Perte de retour différentiel intégrale

Écart d'impédance différentielle intégrale

« intégration», un aspect particulier de l'intégrité du signal qui s'applique à l'ensemble de la gamme de fréquences d'intérêt. En d'autres termes, si nous prenons l'exemple du Crosstalk différentiel, nous voulons réduire le crosstalk différentiel entre deux paires différentielles à une limite inférieure à celle spécifiée dans la norme de signal. Nous verrons plus loin pourquoi cela est important pour suivre les correspondances de longueur.


Dispersion

Dans le domaine temporel, nous nous concentrons uniquement sur la transition intermédiaire entre les états supérieurs et inférieurs (supposément binaires) au même moment où les deux extrémités de la paire de différences se croisent. De toute évidence, le Jitter crée un problème ici, c'est - à - dire qu'il limite la longueur de la piste à une certaine tolérance, de sorte que vous n'obtiendrez jamais une transition parfaite aux deux extrémités d'une paire de fils en même temps. Dans le domaine des fréquences, nous devons tenir compte de la dispersion suivante:


Dispersion géométrique: Ceci est dû aux conditions limites et à la géométrie de l'interconnexion, qui déterminent comment l'impédance de l'interconnexion change avec la géométrie.

Diffusion diélectrique: ceci se produit dans le substrat du PCB, indépendamment de la géométrie de l'interconnexion sur le PCB. Il comprend la dispersion et la perte de DK.

Dispersion de la rugosité: Cette dispersion supplémentaire se produit en raison de la relation de cause à effet entre le modèle de rugosité du cuivre et les effets cutanés à haute fréquence.

Dispersion du tressage des fibres: le tressage des fibres dans les stratifiés de PCB produit des variations périodiques de dispersion tout au long de l'interconnexion.

Comme ces sources de dispersion sont toujours présentes dans la trace, elles font que l'impédance, la vitesse et toutes les autres mesures d'intégrité du signal de la trace réelle du PCB sont fonction de la fréquence.


Vitesse du signal

Si vous connaissez bien la théorie des lignes de transmission, vous savez que l'impédance est étroitement liée à la vitesse du signal. Prenons l'exemple de la vitesse du signal de la piste PCB. La figure suivante montre les vitesses de groupe et de phase d'une ligne de bande simulée avec rugosité et dispersion. Exemples de vitesses de groupe et de phase des signaux de ligne de bande avec rugosité du cuivre et dispersion diélectrique. Ici, nous pouvons voir que la vitesse de phase varie considérablement dans la large gamme de fréquences de 1 MHz à 20 GHz avec un coefficient de variation de 2. La variation de la vitesse de phase est un paramètre important parce qu'il s'agit de la vitesse à laquelle les différents composants de fréquence se propagent le long de l'interconnexion. Avec ce changement, nous pouvons voir à quel point il est difficile de faire correspondre la longueur de la trace de PCB à la fréquence de l'interconnexion réelle. Nous avons besoin d'un moyen d'expliquer toutes les fréquences, pas seulement les fréquences individuelles choisies arbitrairement.


Correspondance de la longueur et de la fréquence de la large bande

Pour établir la mesure de l'appariement des longueurs, nous devons tenir compte de l'écart de longueur admissible pour une norme de signal donnée. On appelle ça un décalage temporel tlim. Ici, la fonction K n'est qu'une constante de propagation du signal sur l'interconnexion, et c'est aussi une fonction de la fréquence due à la dispersion, en fonction de la longueur du changement de séquence admissible. Nous pouvons utiliser une méthode statistique qui utilise une méthode appelée « norme LP » pour traiter les écarts de longueur admissibles. Il n'est pas nécessaire d'étudier trop en profondeur les mathématiques en cause, il suffit de savoir que cette mesure équivaut à calculer l'écart quadratique moyen entre une fonction et une moyenne qui ne diffère que d'une constante. Il s'agit donc d'un outil mathématique idéal pour résoudre les variations entre certaines valeurs de conception de la cible et les mesures de l'intégrité du signal (impédance, atténuation / retard de la réponse Impulsive, force de crosstalk, etc.). En utilisant la norme LP, nous pouvons réécrire l'inadéquation de longueur admissible en fonction de la variation de longueur de la variation de séquence admissible, en fonction de certaines limites supérieures définies par la limite d'inadéquation de séquence tlim.


Lors de l'utilisation de la mesure de l'intégrité du signal à large bande: PCB board Conception, L'équation ci - dessus peut être considérée comme une contrainte: lors de la détermination de la taille de la ligne de transmission, Cela peut affecter la différence entre les extrémités des paires différentielles ou entre deux traces dans l'écart total admissible de longueur.. Protocole parallèle haute vitesse. L'intégration est facile à calculer tant que la constante de propagation de la ligne de transmission est connue. Vous pouvez ensuite calculer la valeur en utilisant le solveur de champ, Modèle analytique pour le calcul manuel à l'aide de la géométrie standard de la ligne de transmission. Juste quelques chiffres., Si j'utilise ce qui précède pour simuler la vitesse de phase de la ligne de ruban, Nous voyons une inadéquation de la longueur admissible entre deux traces parallèles complètement isolées à une seule extrémité. Si la valeur admissible est 2, l'inadéquation de la séquence temporelle est de 10 PS.07mm. Note pour 10 PS, C'est une grande partie de la vitesse de bordure de nombreux signaux numériques à grande vitesse. Pour les lignes de ruban simulées ci - dessus, Cela équivaut à un décalage de longueur admissible de 1.3041 mm. En résumé, Nous avons montré que l'utilisation de la norme LP peut réduire PCB board Fréquence de suivi des correspondances de longueur à une seule mesure. Si vous êtes PCB board Designer, Vous n'avez pas besoin d'effectuer ce calcul manuellement, Il suffit d'utiliser le bon PCB board Ensemble d'outils de routage.