Intentaré responder a esto brevemente, pero un gran recurso para este tipo de preguntas es el libro de Eric Bogatin Integridad de la señal y la potencia -- Simplificado .
Has enumerado y descrito varios protocolos de muy alta velocidad que tienen tasas de borde de señal en el rango de cientos de picosegundos. Lo que esto significa es que incluso trazos de sólo un par de pulgadas pueden ser considerados como eléctricamente largo y que estos canales de transmisión deben ser enrutados como líneas de transmisión .
Poner muy, muy Brevemente, la presentación de una línea de transmisión con una impedancia conocida a un controlador de alta velocidad (transceptor en serie en la entrada/salida de un SerDes) permite la transmisión de datos a través de esa línea sin reflexiones de la señal deletriosa que pueden interferir con la comunicación exitosa. Esto puede manifestarse como interferencia intersimbólica (ISI), diafonía, fluctuación adicional que hace inutilizable un UI (intervalo de unidades) y muchos otros efectos. Recordemos que algunos de estos protocolos (como el PCIe) superan los 8GT/s sobre cobre convencional en un FR-4 de bajo coste; para ello, los diseñadores deben hacer todo lo posible por proporcionar un canal de alta calidad para la transmisión de datos.
Un determinado protocolo (o especificación) generalmente enumera un impedancia característica . Por ejemplo, Intel puede solicitar que las trazas de PCI Express para sus plataformas Xeon se encaminen como "pares diferenciales de 100 ohmios". Esto significa que han calificado y diseñado sus transceptores PCI Express para esperar una línea de transmisión de impedancia característica de 100 ohmios para la transferencia de datos. El USB suele requerir 90 ohmios, el RS-422 puede ser de 120 ohmios y el Ethernet es de 100 ohmios. No voy a entrar en las estructuras de líneas de transmisión de un solo extremo en este post, pero como se menciona a continuación en los comentarios, a un primer orden aproximado, se podría considerar cada "mitad" de las estructuras de abajo como la mitad de la impedancia del par.
Ahora, para crear la estructura de la línea de transmisión en una placa de circuito impreso FR-4 convencional (¡para que todo esto sea asequible!), tenemos varias opciones. Para las trazas diferenciales, tenemos varias opciones. Digamos que tus trazas están en la capa superior o inferior -- la primera opción es microstrip acoplado al borde (la imagen que tengo está "recubierta", donde la máscara de soldadura está por encima. Técnicamente En el caso de las capas superior e inferior, hay opciones de recubrimiento con acoplamiento de bordes y de superficie con acoplamiento de bordes (para trabajos de RF de muy alta frecuencia, incluso la presencia de máscara de soldadura puede ser un problema).
![ECMS]()
En función de la distancia al plano de retorno por debajo, la separación entre las dos líneas y la anchura de cada una de ellas, su fabricante de PCB puede entregarle una estructura que presente la impedancia objetivo.
Ahora, digamos que estás en una capa interna. La estructura utilizada aquí es generalmente microstrip embebido acoplado en el borde :
![EC EMS]()
Al igual que la primera, ésta también tiene en cuenta la distancia al plano de referencia más cercano. Muchos diseñadores prefieren enterrar sus pares de alta velocidad en capas internas para beneficiarse del apantallamiento "gratuito" de los planos de cobre y reducir las emisiones radiadas. Línea TEMÁTICA DE DESPLAZAMIENTO ACOPLADA EN EL BORDE se utiliza cuando se tiene una capa de señal intercalada entre dos capas planas:
![EC OS]()
Para obtener estas estructuras diferenciales Si no se puede hacer nada, hay que ponerse en contacto con la empresa de fabricación de placas de circuito impreso y decirles las impedancias diferenciales que se buscan. Apilamiento de placas de circuito impreso proceso de diseño. La empresa de fabricación utiliza los materiales reales (que tienen diferentes valores Er) para los núcleos y los materiales preimpregnados, y le devuelve un conjunto de geometrías que debe seguir en su herramienta de diseño, por ejemplo ( no números reales) "trazos de 0,2mm de grosor con un espacio de 0,15mm en las capas 1 y 8 para una impedancia de 100 Ohm +/- 10%". A continuación, introduzca estos valores en Altium, y se asegurará de forma inteligente que cuando los pares de ruta que ha llamado como diferencial que siguen esas geometrías.
Por diseño, cuando fabriques tu PCB con tu tienda y les envíes el apilado que se ha diseñado, esas trazas darán lugar a la impedancia característica deseada. Deberá solicitar una cupón de impedancia En el caso de la línea de transmisión, se utiliza un TDR (reflectómetro en el dominio del tiempo) para obtener la impedancia real construida. La tolerancia típica es de alrededor de 10% .
Coincidencia de longitudes no afecta a la impedancia diferencial y difiere de un protocolo a otro. Existe el skew intra-par (P a N), y el skew inter-par/inter-carril (es decir, del carril de Tx PCIe 0 al 1), donde este último es generalmente más tolerante al desajuste que el primero. Esto es algo que generalmente se analiza cerca del final para añadir un enrutamiento de meandros o serpentina para conseguir que los miembros del par cumplan con la especificación del fabricante. Yo utilizo un script que vuelca las longitudes de red en bruto a Excel, y luego un formato condicional para saber cómo estoy cumpliendo con las especificaciones (redactado un poco - esta es una placa con un módulo que tiene algunos desajustes, y un PCB portador que tiene desajustes):
![Length-Matching]()
Y aquí hay un ejemplo de configuración de Altium para pares diferenciales de 100 ohmios basado en las recomendaciones de mi proveedor:
![100R differential routing]()
Aquí hay otros consejos que he recogido en el camino y que pueden ayudarte, sin ningún orden en particular:
- Dada la tolerancia de desajuste de un fabricante, empiece por reducirla a la mitad si es posible. En un caso como el de PCI Express, en el que se tiene una placa de circuito impreso anfitriona y una placa de circuito impreso portadora, esto (más o menos) divide la tolerancia entre las dos.
- Al fabricar una placa con impedancias diferenciales, utilice "D-Codes". Utilice los dígitos de las centésimas o milésimas en los anchos de traza para diferenciar las distintas impedancias. Por ejemplo, si se dice que 0,20 mm es la anchura de 90 ohmios y 100 ohmios, yo haría que los 90 ohmios fueran de 0,201 mm y los 100 ohmios de 0,202 mm, y añadiría una nota de fabricación explicando lo que he hecho. El ingeniero de CAM puede entonces elegir fácilmente los pares utilizando su software y hacer lo que necesita.
Por lo tanto, antes de comenzar su próximo proyecto de PCB con protocolos / requisitos que impliquen el enrutamiento de trazas diferenciales:
- Identifique todas las diferentes impedancias que se van a controlar, y en qué capas estarán (es decir, cuáles son sus capas de señal).
- Póngase en contacto con su empresa de fabricación con la información anterior y trabaje con ella para definir un apilamiento para su proyecto y obtener las geometrías necesarias. Alternativamente, como se indica en los comentarios más abajo, con el material adecuado y otra información, sus herramientas EDA podrían proporcionarle las geometrías necesarias.
- Configure su herramienta CAD con las reglas apropiadas basadas en los números del paso 2.
- Defina las clases de red para los pares y enrútelos.
- Utilice una secuencia de comandos o algo similar para generar un informe que muestre los desajustes entre pares e internos y si están dentro de las especificaciones o no.
