Saya akan mencoba menjawab ini secara singkat, tetapi sumber yang bagus untuk jenis pertanyaan ini adalah Sinyal dan Kekuatan Integritas Eric Bogatin - Disederhanakan .
Anda telah membuat daftar dan mendeskripsikan beberapa protokol kecepatan sangat tinggi yang memiliki laju sinyal di ratusan rentang picosecond. Apakah ini berarti bahwa bahkan jejak hanya beberapa inci dapat dianggap sebagai panjang listrik , dan bahwa saluran transmisi ini harus dialihkan sebagai jalur transmisi .
Masukkan sangat, sangat singkat, menghadirkan saluran transmisi dengan impedansi yang diketahui ke driver berkecepatan tinggi (serial transceiver pada input / output dari SerDes) memungkinkan transmisi data melewati garis itu tanpa pantulan sinyal buruk yang dapat mengganggu komunikasi yang berhasil. Ini dapat bermanifestasi sebagai interferensi simbol (ISI), crosstalk, jitter tambahan rendering UI (unit interval) tidak dapat digunakan dan banyak efek lainnya. Ingatlah bahwa beberapa protokol ini (seperti PCIe) mendorong lebih dari 8GT / dtk dari tembaga konvensional pada FR-4 berbiaya rendah; untuk melakukan ini, desainer harus berhati-hati untuk melakukan semua yang mereka bisa untuk menyediakan saluran berkualitas tinggi untuk transmisi data.
Protokol tertentu (atau spesifikasi) umumnya mencantumkan impedansi karakteristik yang diinginkan . Sebagai contoh, Intel dapat meminta jejak PCI Express agar platform Xeon mereka dialihkan sebagai "pasangan diferensial 100 ohm". Ini berarti bahwa mereka memiliki kualifikasi dan merancang transceiver PCI Express mereka untuk mengharapkan saluran transmisi impedansi karakteristik 100 ohm untuk transfer data. USB biasanya membutuhkan 90 ohm, RS-422 bisa 120 ohm, dan Ethernet 100 ohm. Saya tidak akan masuk ke struktur saluran transmisi berujung tunggal dalam posting ini, tetapi seperti yang disebutkan di bawah dalam komentar, untuk perkiraan urutan pertama, Anda dapat mempertimbangkan setiap 'setengah' dari struktur di bawah ini sebagai setengah impedansi pasangan.
Sekarang, untuk membuat struktur saluran transmisi pada FR-4 PCB konvensional (agar barang-barang ini tetap terjangkau!), Kami memiliki beberapa pilihan. Untuk jejak diferensial, kami memiliki beberapa opsi. Katakanlah jejak Anda berada di lapisan atas atau bawah - opsi satu adalah microstrip tepi-digabungkan (gambar yang saya miliki adalah 'dilapisi', di mana topeng-solder berada di atasnya. Secara teknis , ada tepi-berpasangan dilapisi, dan tepi-berpasangan permukaan untuk opsi lapisan atas / bawah - untuk kerja RF frekuensi sangat tinggi, bahkan keberadaan solder-mask dapat menjadi masalah).
Berdasarkan jarak ke bidang kembali di bawahnya, jarak antara dua garis, dan lebar setiap garis, fab PCB Anda dapat memberikan Anda struktur yang menyajikan impedansi target.
Sekarang, katakanlah Anda berada di lapisan dalam. Struktur yang digunakan di sini umumnya tertanam mikrostrip tertanam :
Mirip dengan yang pertama, yang satu ini juga faktor jarak ke pesawat referensi terdekat. Banyak desainer lebih suka mengubur pasangan berkecepatan tinggi pada lapisan internal untuk mendapatkan keuntungan dari perisai pesawat tembaga yang 'bebas' untuk mengurangi emisi radiasi. Stripline offset tepi-digabungkan digunakan ketika Anda memiliki lapisan sinyal diapit antara dua lapisan pesawat:
Untuk mendapatkan struktur diferensial ini , Anda menghubungi rumah pabrikasi PCB Anda dan memberi tahu mereka impedansi diferensial yang Anda cari - ini adalah bagian dari proses desain susun PCB . Rumah fabrikasi menjalankan bahan-bahan aktual yang mereka gunakan (yang memiliki nilai Er berbeda) untuk inti dan bahan pra-preg, dan kembali kepada Anda dengan seperangkat geometri untuk diikuti dalam alat desain Anda, mis. ( Bukan bilangan real) "0.2mm jejak tebal dengan jarak 0.15mm pada Layers 1 dan 8 untuk impedansi 100 Ohm +/- 10% ". Anda kemudian memasukkan nilai-nilai ini ke dalam Altium, dan itu akan secara cerdas memastikan bahwa ketika Anda merutekan pasangan Anda telah memanggil sebagai diferensial bahwa mereka mengikuti geometri tersebut.
Sesuai desain, saat Anda membuat PCB Anda dengan toko Anda dan mengirimkannya tumpukan yang telah dirancang, jejak-jejak itu akan menghasilkan impedansi karakteristik yang diinginkan. Anda harus meminta kupon impedansi , yang umumnya merupakan bagian dari PCB Anda dari bagian luar array di mana struktur duplikat saluran transmisi telah dibuat, dan TDR (time-domain reflectometer) digunakan untuk memberi Anda informasi aktual impedansi dibangun. Toleransi tipikal adalah sekitar 10% .
Pencocokan panjang tidak mempengaruhi impedansi diferensial dan berbeda dari protokol ke protokol. Ada kemiringan intra-pasangan (P ke N), dan condong antar-pasangan / antar-jalur (yaitu dari PCIe Tx Lane 0 hingga 1) condong, di mana yang terakhir umumnya lebih toleran terhadap ketidakcocokan daripada yang sebelumnya. Ini adalah sesuatu yang biasanya Anda analisis mendekati akhir untuk menambahkan rute berkelok-kelok atau serpentine untuk membuat anggota pasangan memenuhi spesifikasi pabrik. Saya menggunakan skrip yang membuang panjang jaring mentah ke Excel, dan kemudian pemformatan bersyarat agar saya tahu bagaimana saya lakukan dalam memenuhi spesifikasi (agak dihapus - ini adalah papan dengan modul yang memiliki beberapa kecocokan yang salah, dan PCB pembawa yang salah tandingan):
Dan berikut ini adalah contoh pengaturan Altium untuk 100 pasangan diferensial ohm berdasarkan rekomendasi vendor saya:
Berikut adalah beberapa tips yang saya ambil di sepanjang jalan yang dapat membantu Anda tanpa urutan tertentu:
- Diberi toleransi untuk kesalahan kecocokan dari produsen, mulailah dengan membagi dua jika memungkinkan. Dalam kasus seperti PCI Express di mana Anda memiliki host PCB dan PCB carrier, ini (semacam) membagi toleransi antara keduanya.
- Saat membuat papan dengan impedansi diferensial, gunakan "D-Codes". Gunakan hundreth atau digit seperseribu dalam lebar jejak untuk membedakan antara impedansi yang berbeda. Misalnya, jika 0.20mm dipanggil sebagai lebar untuk 90 ohm dan 100 ohm, saya akan menghasilkan 90 ohm 0.201mm dan 100 ohm 0.202mm, dan menambahkan catatan fabrikasi yang menjelaskan apa yang saya lakukan. Teknisi CAM kemudian dapat dengan mudah memilih pasangan menggunakan perangkat lunaknya dan melakukan apa yang dia butuhkan.
Jadi, sebelum Anda memulai proyek PCB Anda berikutnya dengan protokol / persyaratan yang menyiratkan rute penelusuran diferensial:
- Identifikasi semua impedansi yang berbeda untuk dikontrol, dan pada layer apa mereka akan berada (yaitu, apa lapisan sinyal Anda).
- Hubungi rumah fabrikasi Anda dengan informasi di atas dan bekerja dengannya untuk menentukan stack-up untuk proyek Anda dan dapatkan geometri yang diperlukan. Secara bergantian, sebagaimana dinyatakan dalam komentar di bawah, dengan materi yang sesuai dan informasi lainnya, alat EDA Anda mungkin dapat memberi Anda geometri yang diperlukan.
- Siapkan alat CAD Anda dengan aturan yang sesuai berdasarkan angka dari langkah 2.
- Tentukan kelas jaring untuk pasangan dan rutekanlah!
- Manfaatkan skrip atau sejenisnya untuk menghasilkan laporan yang menunjukkan ketidakcocokan intra-pasangan / dalam-pasangan dan apakah laporan tersebut dalam spesifikasi atau tidak.
Impedansi diferensial dipengaruhi oleh kopling antara kedua sisi pasangan. Biasanya, pasangan diferensial PCB secara paralel-dialihkan berdampingan pada celah tertentu dalam konfigurasi lapisan PCB tertentu. Jika tidak ada kopling antara kedua sisi (mereka cukup jauh terpisah) maka impedansi diferensial tepat dua kali lipat impedansi karakteristik ujung tunggal dari masing-masing sisi sendiri. Karena pasangan kedua belah pihak lebih dekat, impedansi diferensial lebih menyimpang dari kasus ini. Mungkin beberapa wawasan dasar di blog saya ini: https://blog.zuken.com/routing-pcb-differential-pairs/
sumber