Postaram się odpowiedzieć na to krótko, ale świetnym źródłem tego typu pytań jest Sygnał i integralność zasilania Erica Bogatina - uproszczone .
Wymieniłeś i opisałeś kilka protokołów bardzo szybkich, które mają prędkości zbocza sygnału w setkach zakresów pikosekundowych. Oznacza to, że nawet ślady zaledwie kilku cali mogą być uważane za elektrycznie długie i że te kanały transmisji muszą być poprowadzone jako linie transmisyjne .
Umieścić bardzo, bardzo krótko, prezentując linię przesyłową o znanej impedancji do kierowcy szerokopasmowy (transceiver seryjny na wejściowego / wyjściowego SERDES) umożliwia przekazywanie danych przekroczyć tę linię bez deletrious odbicia sygnałów, które mogą przeszkadzać w skutecznej komunikacji. Może to objawiać się interferencją między symbolami (ISI), przesłuchem, dodatkowym fluktuacją uniemożliwiającym korzystanie z interfejsu użytkownika (interwału jednostkowego) i wieloma innymi efektami. Przypomnijmy, że niektóre z tych protokołów (jak PCIe) przepychają ponad 8GT / s nad konwencjonalną miedzią na niedrogim FR-4; w tym celu projektanci muszą dołożyć wszelkich starań, aby zapewnić wysokiej jakości kanał transmisji danych.
Dany protokół (lub specyfikacja) ogólnie wymienia pożądaną impedancję charakterystyczną . Na przykład Intel może zażądać, aby ślady PCI Express dla ich platform Xeon były kierowane jako „pary różnicowe 100 omów”. Oznacza to, że zakwalifikowali i zaprojektowali swoje urządzenia nadawczo-odbiorcze PCI Express, aby oczekiwać linii impedancji o impedancji 100 omów do przesyłania danych. USB zwykle wymaga 90 omów, RS-422 może wynosić 120 omów, a Ethernet wynosi 100 omów. Nie zamierzam wchodzić w struktury linii transmisyjnej z pojedynczą końcówką w tym poście, ale jak wspomniano poniżej w komentarzach, w przybliżeniu w pierwszym rzędzie, można rozważyć każdą „połowę” struktur poniżej jako połowę impedancji pary.
Teraz, aby stworzyć strukturę linii transmisyjnej na konwencjonalnej płytce drukowanej FR-4 (w celu utrzymania tego w przystępnej cenie!), Mamy kilka opcji. W przypadku śladów różnicowych mamy kilka opcji. Powiedzmy, że twoje ślady znajdują się na górnej lub dolnej warstwie - pierwsza opcja to mikropask połączony z krawędzią (obraz, który mam, jest „pokryty”, gdzie maska lutownicza znajduje się nad nim. Technicznie jest pokryty krawędzią i połączony z krawędzią powierzchnia dla opcji górnej / dolnej warstwy - dla naprawdę wysokich częstotliwości RF, nawet obecność maski lutowniczej może stanowić problem).
W oparciu o odległość do płaszczyzny powrotnej poniżej, odstępy między dwiema liniami i szerokość każdej linii, twoja płytka PCB może dostarczyć ci strukturę, która przedstawia impedancję docelową.
Powiedzmy, że jesteś na wewnętrznej warstwie. Zastosowana tutaj struktura jest na ogół osadzoną mikropaską sprzężoną z krawędzią :
Podobnie jak pierwsza, ta uwzględnia również odległość do najbliższej płaszczyzny odniesienia. Wielu projektantów woli zakopać swoje szybkie pary na wewnętrznych warstwach, aby skorzystać z „bezpłatnego” ekranowania miedzianych samolotów w celu zmniejszenia emisji promieniowania. Paskowa linia offsetowa sprzężona z krawędzią jest używana, gdy warstwa sygnału jest umieszczona pomiędzy dwiema warstwami płaszczyzny:
Aby uzyskać te struktury różnicowe , skontaktuj się z domem produkcyjnym PCB i powiedz im, czego szukasz impedancji różnicowych - jest to część procesu projektowania stosu PCB . Fabryka produkuje materiały, których używają (które mają różne wartości Er) na rdzenie i materiały przed przygotowaniem, i wraca do Ciebie z zestawem geometrii do naśladowania w narzędziu projektowym, np. ( Nie liczbami rzeczywistymi) „0,2 mm grube ślady z odstępami 0,15 mm na warstwach 1 i 8 dla impedancji 100 omów +/- 10% ". Następnie wprowadź te wartości do Altium, a inteligentnie upewni się, że podczas trasowania par wywoływałeś różnicę, że podążają one za tymi geometriami.
Po zaprojektowaniu płytki drukowanej w sklepie i wysłaniu jej zaprojektowanego stosu, te ślady spowodują pożądaną charakterystyczną impedancję. Należy poprosić o kupon impedancji , który jest zwykle kawałkiem płytki drukowanej z zewnętrznej części matrycy, w której utworzono zduplikowaną strukturę linii transmisyjnej, a TDR (reflektometr w dziedzinie czasu) służy do dostarczenia rzeczywistego zbudowana impedancja. Typowa tolerancja wynosi około 10% .
Dopasowanie długości nie wpływa na impedancję różnicową i różni się w zależności od protokołu. Istnieje pochylenie wewnątrz pary (P do N) i pochylenie między parami / między ścieżkami (tj. Z PCIe Tx Lane 0 do 1) pochylenie, przy czym ta ostatnia jest na ogół bardziej tolerancyjna dla niedopasowania niż pierwsza. Jest to coś, co ogólnie analizujesz pod koniec, aby dodać meandrowanie lub routing serpentynowy, aby członkowie pary spełnili specyfikację producenta. Używam skryptu, który zrzuca surowe długości netto do Excela, a następnie formatowania warunkowego, aby poinformować mnie, jak sobie radzę ze specyfikacją spotkania (nieco zredagowane - jest to płyta z modułem, który ma trochę niepasujące dopasowanie, i płytka drukowana, która ma nieprawidłowe dopasowanie):
A oto przykład konfiguracji Altium dla par różnicowych 100 omów w oparciu o zalecenia mojego dostawcy:
Oto kilka innych wskazówek, które wybrałem po drodze, które mogą ci pomóc w określonej kolejności:
- Biorąc pod uwagę tolerancję producenta na niedopasowanie, zacznij od zmniejszenia o połowę, jeśli to możliwe. W przypadku takim jak PCI Express, gdzie masz płytkę główną hosta i płytkę główną nośnika, ten (w pewnym sensie) dzieli tolerancję między nimi.
- Tworząc tablicę o impedancji różnicowej, używaj „kodów D”. Użyj cyfr setnych lub tysięcznych w szerokościach śledzenia, aby rozróżnić różne impedancje. Na przykład, jeśli 0,20 mm zostałby wywołany jako szerokość zarówno dla 90 omów, jak i 100 omów, zrobiłbym 90 omów 0.201 mm i 100 omów 0.202 mm i dodałbym notatkę produkcyjną wyjaśniającą, co zrobiłem. Inżynier CAM może następnie łatwo wybrać pary za pomocą swojego oprogramowania i zrobić to, czego potrzebuje.
Tak więc, zanim rozpoczniesz następny projekt PCB z protokołami / wymaganiami, które implikują różnicowy routing śledzenia:
- Zidentyfikuj wszystkie różne impedancje, które mają być kontrolowane, i na jakich warstwach będą one znajdować się (tj. Jakie są twoje warstwy sygnałowe).
- Skontaktuj się z fabryką z powyższymi informacjami i pracuj z nimi, aby zdefiniować stos dla swojego projektu i uzyskać wymagane geometrie. Alternatywnie, jak stwierdzono w komentarzach poniżej, z odpowiednim materiałem i innymi informacjami, twoje narzędzia EDA mogą być w stanie zapewnić ci wymagane geometrie.
- Skonfiguruj swoje narzędzie CAD z odpowiednimi regułami opartymi na liczbach z kroku 2.
- Zdefiniuj klasy netto dla par i uciekaj!
- Użyj skryptu lub podobnego narzędzia, aby wygenerować raport, który pokazuje niezgodności między parami / parami wewnętrznymi i czy są w zakresie specyfikacji, czy nie.
Na impedancję różnicową wpływa sprzężenie między dwiema stronami pary. Zazwyczaj pary różnicowe PCB są równolegle poprowadzone obok siebie w określonej szczelinie w określonej konfiguracji warstw PCB. Jeśli nie ma sprzężenia między dwiema stronami (są one wystarczająco daleko od siebie), impedancja różnicowa jest dokładnie dwukrotnie większa niż impedancja charakterystyczna dla jednej strony dla każdej ze stron. W miarę zbliżania się dwóch stron impedancja różnicowa różni się bardziej od tego przypadku. Może kilka podstawowych informacji na moim blogu: https://blog.zuken.com/routing-pcb-differential-pairs/
źródło