Я постараюсь ответить на это вкратце, но большой ресурс для такого типа вопросов - Эрик Богатин « Сигнал и энергетическая целостность - упрощенный» .
Вы перечислили и описали несколько очень высокоскоростных протоколов, которые имеют частоту фронта сигнала в диапазоне сотен пикосекунд. Это означает, что даже следы длиной всего в пару дюймов можно считать электрически длинными , и что эти каналы передачи должны быть проложены как линии передачи .
Помещенная очень, очень кратко, представляя линию передачи с известным сопротивлением к водителю высокой скорости (последовательный приемопередатчик на входе / выходе SerDes) позволяет передавать данные пересекает эту линию без deletrious отражений сигналов , которые могут помешать успешной коммуникации. Это может проявляться в виде межсимвольных помех (ISI), перекрестных помех, дополнительного дрожания, делающего пользовательский интерфейс (единичный интервал) непригодным для использования, и многих других эффектов. Напомним, что некоторые из этих протоколов (например, PCIe) работают со скоростью более 8 ГТ / с по сравнению с обычной медью на недорогом FR-4; для этого разработчики должны позаботиться о том, чтобы сделать все возможное, чтобы обеспечить высококачественный канал для передачи данных.
В данном протоколе (или спецификации) обычно указывается желаемое характеристическое сопротивление . Например, Intel может запросить трассировку PCI Express для своих платформ Xeon как «дифференциальные пары 100 Ом». Это означает, что они квалифицировали и разработали свои приемопередатчики PCI Express, чтобы рассчитать линию передачи с сопротивлением 100 Ом для передачи данных. Для USB обычно требуется 90 Ом, для RS-422 - 120 Ом, а для Ethernet - 100 Ом. Я не буду вдаваться в несимметричные структуры линий электропередачи в этом посте, но, как упоминалось ниже в комментариях, к приблизительному первому порядку вы можете рассматривать каждую «половину» структур ниже как половину импеданса пары.
Теперь, чтобы создать структуру линии электропередачи на обычной печатной плате FR-4 (чтобы сохранить этот материал доступным!), У нас есть несколько вариантов. Для дифференциальных трасс у нас есть несколько вариантов. Допустим, ваши следы находятся на верхнем или нижнем слое - первый вариант - это микрополоска с ребрами (у меня есть изображение с «покрытием», где над ним находится маска для пайки. Технически , это покрытие с ребрами и покрытие с ребрами). поверхность для опций верхнего / нижнего слоя - для действительно высокочастотной радиочастотной работы может возникнуть проблема даже с наличием паяльной маски).
Исходя из расстояния до плоскости возврата под ним, расстояния между двумя линиями и ширины каждой линии, ваша фабрика печатных плат может предоставить вам структуру, которая представляет целевой импеданс.
Теперь предположим, что вы находитесь на внутреннем слое. Используемая здесь структура, как правило, представляет собой встроенную микрополоску с ребрами :
Подобно первому, этот также учитывает расстояние до ближайшей базовой плоскости. Многие разработчики предпочитают хоронить свои высокоскоростные пары на внутренних слоях, чтобы извлечь выгоду из «свободного» экранирования медных плоскостей для уменьшения излучаемых излучений. Смещенная по краям полоса смещения используется, когда у вас есть сигнальный слой, расположенный между двумя плоскими слоями:
Чтобы получить эти дифференциальные структуры , вы обращаетесь к производственному лицу вашей печатной платы и сообщаете им требуемые дифференциальные сопротивления - это является частью процесса проектирования стека печатных плат . Производственный цех использует фактические материалы, которые они используют (которые имеют различные значения Er) для сердечников и материалов перед подготовкой, и возвращается к вам с набором геометрий, которые необходимо соблюдать в вашем инструменте проектирования, например ( не действительные числа) "0,2 мм толстые следы с шагом 0,15 мм на слоях 1 и 8 для полного сопротивления 100 Ом +/- 10% ". Затем вы вводите эти значения в Altium, и он будет разумно следить за тем, чтобы при маршрутизации пар вы называли их дифференциальными, чтобы они следовали этим геометриям.
По замыслу, когда вы изготавливаете свою печатную плату вместе с вашим магазином и отправляете им спроектированное накопление, эти следы приводят к желаемому характеристическому сопротивлению. Вы должны запросить купон импеданса , который обычно является частью вашей печатной платы, из внешней части массива, где была создана дублирующая структура линии передачи, и TDR (рефлектометр во временной области) используется для предоставления вам фактического импеданс построен. Типичный допуск составляет около 10% .
Согласование длины не влияет на дифференциальное сопротивление и отличается от протокола к протоколу. Существует внутрипарный перекос (от P до N) и межпарный / межканальный (то есть от PCIe Tx Lane 0 до 1) перекос, где последний обычно более терпим к несоответствию, чем первый. Это то, что вы обычно анализируете ближе к концу, чтобы добавить извилистые или серпантиновые маршруты, чтобы заставить членов пары соответствовать спецификации производителя. Я использую сценарий, который выгружает необработанные чистые длины в Excel, а затем приводит к условному форматированию, чтобы сообщить мне, как я справляюсь со спецификацией (отредактировано несколько - это плата с модулем, у которого есть некоторое несоответствие, и несущая печатная плата, которая имеет несоответствие):
А вот пример установки Altium для дифференциальных пар 100 Ом на основе рекомендаций моего поставщика:
Вот некоторые другие советы, которые я подобрал по пути, которые могут помочь вам в произвольном порядке:
- Учитывая допуск производителя на несоответствие, начните с того, что по возможности сделайте его вдвое. В случае, подобном PCI Express, когда у вас есть главная печатная плата и несущая печатная плата, это (своего рода) разделяет допуск между ними.
- При изготовлении платы с дифференциальным сопротивлением используйте «D-коды». Используйте разряды сотен или тысячных по ширине трассы, чтобы различать разные импедансы. Например, если ширина 0,20 мм была названа как 90 Ом, так и 100 Ом, я бы составил 90 Ом 0,201 мм и 100 Ом 0,22 мм и добавил примечание по изготовлению, объясняющее, что я сделал. Затем инженер CAM может легко выбрать пары с помощью своего программного обеспечения и делать то, что ему нужно.
Итак, прежде чем вы начнете свой следующий проект PCB с протоколами / требованиями, которые подразумевают дифференциальную трассировку трассировки:
- Определите все различные сопротивления, которые нужно контролировать, и на каких слоях они будут находиться (т. Е. Каковы ваши сигнальные слои).
- Свяжитесь с вашим изготовителем с вышеупомянутой информацией и работайте с ними, чтобы определить состав для вашего проекта и получить необходимые геометрии. В качестве альтернативы, как указано в комментариях ниже, с соответствующим материалом и другой информацией, ваши инструменты EDA могут предоставить вам необходимую геометрию.
- Настройте свой инструмент CAD с соответствующими правилами, основанными на числах из шага 2.
- Определите чистые классы для пар и уезжайте!
- Использовать сценарий или аналогичный для создания отчета, который показывает несоответствия между парами / внутренними парами и находятся ли они в пределах спецификации или нет.