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解決高速PCB中的偏移源
解決高速PCB中的偏移源
有時，當(dāng)我們談?wù)撈睍r，我們并沒有像我們應(yīng)該的那樣具體。大多數(shù)關(guān)于歪斜和抖動的討論都涉及布線期間產(chǎn)生的歪斜類型，即由于差分對中的長度不匹配和光纖編織引起的歪斜。事實上，有許多不同的歪斜來源會導(dǎo)致互連上的總抖動，在需要精確時序控制的串行和并行總線中量化這些歪斜很重要。
如果您編譯一個歪斜源列表，您會發(fā)現(xiàn)纖維編織引起的歪斜只是一長串歪斜源中的一個條目。我們將在下面查看可能的偏差源列表，并了解它們?nèi)绾斡绊懩?span>PCB的操作。從下面的列表中，我們將看到，通過注意PCB基板中的纖維編織結(jié)構(gòu)，并不能簡單地解決其中一些與歪斜有關(guān)的問題。
偏斜的來源
這里要注意的第一點是抖動和歪斜之間的區(qū)別，以及隨機和確定性抖動/歪斜之間的區(qū)別。可能我見過的最好的歪斜定義來自 Steve Corrigan 撰寫的舊德州儀器應(yīng)用筆記。在本應(yīng)用筆記中，Steve 將抖動描述為“所有偏差的總和”。這應(yīng)該說明為什么有些作者有時會交替使用“jitter”和“skew”（我自己錯誤地這樣做了）。JEDEC 對抖動和偏斜有自己的定義。
無論您使用哪個術(shù)語，有時“抖動”和隨機偏斜之間存在關(guān)聯(lián)，而“偏斜”一詞將用于指代偽隨機或確定性偏斜。實際上，隨機偏差只有一個來源：熱噪聲。構(gòu)成所有物質(zhì)的原子和分子的隨機運動確實會導(dǎo)致電子電路中的噪聲，但它只在高精度的低水平測量中很重要。在大多數(shù)應(yīng)用程序中，您需要擔(dān)心的偏差源是確定性的，并且可以鏈接回根本原因。
下表顯示了 PCB 中可能出現(xiàn)的偏差源列表，以及每個出現(xiàn)的位置的簡要說明。
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纖維編織引起的歪斜 |
由于PCB基板材料的構(gòu)造周期性地不均勻和各向異性。優(yōu)選機械鋪展的玻璃織物以減少這種情況。 |
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周期性偏斜 |
由系統(tǒng)中其他來源引起的周期性噪聲引起，例如高速 I/O 切換引起的電源軌噪聲。 |
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有界不相關(guān)偏斜 |
串?dāng)_引起的；這種偏差與受害互連上的活動無關(guān)，因此它看起來是隨機的。 |
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占空比失真 |
這可能是另一個噪聲源的副作用。它指的是開關(guān)閾值或邏輯閾值偏離其理想值的情況，這會取代脈沖串的上升沿。 |
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符號間干擾 |
由接收器測量的反射和隨后的干擾引起；反射符號可以在所有后續(xù)符號上創(chuàng)建一個早期或晚期上升沿。 |
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數(shù)據(jù)相關(guān)脈寬調(diào)制 |
這是高速通道中帶寬限制特性的副作用（例如，損耗或終端的分散、寄生電容） |
這張表有很多事情要做；我們有多個歪斜來源與纖維編織效果無關(guān)，無法通過應(yīng)用長度匹配來解決！但是，如果您查看第一行下方，我們會看到這些偏斜的大部分來源出現(xiàn)在系統(tǒng)級別，這是由于系統(tǒng)中不同功能塊之間或芯片和電路板之間的一些相互作用。
你能消除所有偏斜嗎？
不幸的是，答案是“不”，你永遠(yuǎn)無法完全消除偏斜。即使您抑制了上面列出的所有確定性偏斜源，由于熱噪聲，仍然會有一定數(shù)量的隨機偏斜。盡管您永遠(yuǎn)無法完全消除偏斜，但您可以通過一些基本的布局指南將其最小化。
玻璃編織： 使用更緊密的編織材料，如散布玻璃；這直接面對纖維編織引起的歪斜。
串?dāng)_和寄生：了解導(dǎo)致兩個互連之間寄生耦合的原因，并規(guī)劃布局以減少這種耦合。處理寄生耦合的最簡單方法是適當(dāng)?shù)寞B層設(shè)計，以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕拥夭季帧?span>
端接：確保通道以平坦的目標(biāo)阻抗進行端接，達到通道所需的帶寬限制。換句話說，確保通道至少終止于通道的奈奎斯特頻率。
電源完整性：確保需要對高速信號進行精確時序或邊緣速率精確時序的組件接收穩(wěn)定的電源。
處理完這些問題后，可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)差分或并行總線延遲調(diào)整結(jié)構(gòu)來補償PCB中剩余的偏移，以處理任何長度不匹配。此時，即使互連中存在一些殘余偏斜，大部分偏斜也將得到解決，并且信號仍將在接收器 I/O 處對齊。