Señales Ethernet, DVI y USB de enrutamiento en un grande vs PCB usando cables largos

Question

Enrutamiento correctamente USB, DVI, Ethernet y señales a través de largas distancias (de 30 a 40 cm) en un PCB parece ser relativamente difícil (el sesgo, la impedancia característica de " cross-talk, etc.). Sin embargo, usando el estándar de off-the-shelf cables aparece para permitir la correcta transmisión de la señal más metros sin poner demasiado a pensar en el diseño. (véase, por ejemplo, USB tech doc sugiriendo 18 pulgadas como máximo de seguimiento de longitud en un PCB http://www.usb.org/developers/docs/hs_usb_pdg_r1_0.pdf pero la mayoría de los cables USB fácilmente ir más allá de este valor).

Hacer nuestros colegas aquí con experiencia en alta velocidad enrutamiento de la señal de acuerdo? Son USB/DVI/cables de Ethernet de un trivialmente fácil solución para decenas de cm? Intuitivamente blindaje del cable contra EMI y cross-talk parece más fácil de lograr el mismo rendimiento con un PWB de 4 capas. Pero, a continuación, skew control parece más fácil con Pcb que con los pares trenzados. Estamos exagerando tratando de ruta USB, DVI, Ethernet y de más de 40 cm en lugar de utilizar cables, aunque un poco descuidado en el interior de una producción de calidad recinto?

¿Cómo sería un nivel superior de diseño de enfoque de equipo en el fresado de PCB versus el cable de la toma de 40cm rutas de señal dentro de un recinto?

gracias de antemano por sus comentarios

Más info: Para responder a la pregunta ¿por qué necesito tomar USB/DVI/Ethernet señales tan lejos como 40cm en un PCB, considere la posibilidad de un tamaño mediano (40 cm de ancho x30cm de profundidad) instrumento del laboratorio de cerramiento con panel delantero pantalla TFT y varios USB del panel/DVI/conectores Ethernet. El MCU/de la CPU en la placa principal debe estar a menos de 5 cm o menos de la parte frontal del panel de TFT (limitado por la disposición plana por cable), pero los conectores de interfaz de la necesidad de estar en la parte trasera del instrumento, >30 cm de distancia de la MCU/CPU proporcionar las señales de la interfaz. Los cables internos son claramente una posible solución. Pero dadas las dimensiones de la carcasa y PCB interno, el enrutamiento de extremo-a-extremo, también es posible. La pregunta es, ¿cuál sería la mejor práctica: los cables o el enrutamiento en un grande de PCB?

Answer 1

Yo soy de ninguna manera un experto en este campo (hay muchas cosas a tener en cuenta), pero...

Son USB/DVI/cables de Ethernet de un trivialmente fácil solución para decenas de cm?

USB, DVI, Ethernet y son todos muy diferentes, por lo que es difícil generalizar, pero yo diría que "sí, un poco". Quizás no para de 10 a 30 cm, 50 cm+ es, sin duda llegar hasta allí. DVI es sin duda el más sensible; USB 2.0 puede correr largas distancias a través de horrible enlaces, 1G Ethernet utiliza PAM-5 y, por consiguiente, muy poco ancho de banda, pero DVI puede ser infeliz. Valdría la pena aclarar qué tipos de datos que usted está preguntando acerca de.

Intuitivamente blindaje del cable contra EMI y cross-talk parece más fácil de lograr el mismo rendimiento con un PWB de 4 capas.

Tipo de. Un cable con un blindaje y cable de drenaje hace un buen trabajo de proteger el cable de fuentes externas de interferencia, y el adecuado diseño de cable (pares trenzados con giro diferente tasas) hace mucho a reducir la inter-pares de la interferencia. Al ejecutar las huellas de una larga distancia en un PCB, son a menudo muy cerca de las fuentes importantes de ruido: planos, suministros de energía, otras de alta velocidad de las señales digitales, y debido a la geometría de un PCB puede ser difícil para protegerlos. Sin embargo, también puede incrustar traza entre limpiar los aviones, lo que puede resultar en carriles que realizan muy bien, suponiendo que se tiene una buena stackup.

Pero, a continuación, skew control parece más fácil con Pcb que con los pares trenzados.

Sí, el sesgo de control es más fácil, pero la mayoría de alta velocidad protocolos de diseño para el "consumidor-grado" cables son muy tolerantes de inter-pares de sesgo, aunque pueden ser menos tolerantes a la intra-par el sesgo, el último de los cuales es objeto de un cuidadoso diseño del cable. Con USB 2.0 y USB 3.0 SS pares, no es de un solo carril, por lo inter-pares de sesgar no existe. En carriles múltiples protocolos, normalmente hay un mecanismo por el cual el receptor puede (dentro de límites) compensar inter-pares de sesgo por "deslizamiento bits" hasta que los carriles están alineados (es decir, el receptor busca la sincronización de los patrones y se ajusta a una serie de un solo bit retrasos, alinear todos los carriles).

Por 40cm de caminos, depende en gran medida de la velocidad de datos y la capacidad de su receptor (es decir, qué tipo de ecualización ¿tiene usted y qué tanto se puede aplicar?). La pérdida de FR4 es algo lineal entre 2 y 5 Gbps, por lo que es normalmente una cuestión de hacer números y calcular fuera de cómo la pata de usted. Herramientas de simulación como Hyperlynx pueden ser muy valiosos para la comprensión de cómo las huellas se efectúa a través de PCB estructuras, conectores, despido, etc.

Ciertamente, hay productos que tienen como objetivo llenar este vacío: Samtec paso Elevado cable de cosas viene a la mente, lo que le permite a la ruta estúpido rápida de señales de muy largas distancias, placa a placa (-7 dB pérdida de inserción a lo largo de 1m @ 8 GHz por ejemplo).

Si usted está realmente tratando de ruta USB/DVI/Ethernet a lo largo de 40 cm de PCB, que podría ser más apropiado para preguntar: ¿por Qué y de verdad es necesario?

Answer 2

El punto es que estos autobuses con la alta velocidad, pero barato cables, vaya a través de relativamente grandes longitudes en ecualización y eliminación (si en paralelo). USB3 es mucho más compleja que USB2, por ejemplo, porque una gran cantidad de supuestos simplificadores sobre los cables no pueden ser realizados en las frecuencias más altas.

Me gustaría mucho que esperar de blindaje y garantizar una transmisión específica de la línea característica de ser muy mucho más difícil con los conectores y los cables que en un PCB, especialmente , de 4 capas, donde en realidad se puede incrustar microstrip líneas entre los planos de tierra. Sí, hay ondas de superficie en el PCB de sustrato, pero si usted no está haciendo errores graves, que serán el camino a menos que, por ejemplo, la radiación fuera imperfecto conectores.

Todo se reduce a lo que usted necesita: Si usted realmente sólo necesita traer USB en el otro extremo de su PCB (que es tan grande ya)? A continuación, sólo es la ruta. No tanto de un esfuerzo adicional; especialmente USB2 (incluso la interfaz hi-speed) se ha convertido en tan robusto que usted realmente no necesita la atención de un centímetro o tres de sesgo.

Ethernet puede ser una bestia diferente, pero, de nuevo, definitivamente hay extensas de igualdades sucediendo, de todos modos, así que dudo de su junta de diseño (y el largo de la traza entre la lógica del dispositivo y magnetismo) te va a matar. Si usted puede, comparar el (hoja de datos), el efecto de tener el PHY cerca de su magnetismo y cerca de sus controladores.

DVI: sí, que suena como el más difícil de los tres. Pero, honestamente, no se que muchos críticos de las líneas, y yo, sinceramente, no veo por qué su junta realizaría peor que la de un cable.