Pasangan Diferensial Panjang yang Cocok


9

Saya merutekan PCB dengan koneksi Ethernet dan saya mengalami sedikit kesulitan memutuskan cara terbaik untuk mengarahkan pasangan diferensial TX dan RX. Saya telah melakukan perhitungan impedansi untuk mengetahui geometri lintasan yang diperlukan untuk impedansi diferensial 100 ohm dan mengonfirmasinya dengan dewan rumah. Namun, saya memiliki sedikit ketidakcocokan panjang antara pasangan TX + / TX- dan RX + / RX (sekitar 5mm). Oleh karena itu, saya menggunakan "teknik garis berlekuk" untuk meminimalkan ketidakcocokan panjang jejak dalam sebuah pasangan.

Pertanyaan saya adalah apakah ada aturan praktis atau perhitungan yang tepat untuk mengetahui geometri garis berlekuk? Untuk mengilustrasikan apa yang saya maksud, lihat lampiran - Saya telah mengarahkan satu pasangan dengan coretan "longgar" (berlabel 1. pada gambar) dan pasangan lainnya dengan coretan "ketat" (label 2, pada gambar). Mana yang lebih baik dan apakah itu penting? Kekhawatiran saya dengan "coretan ketat" adalah menurunkan kualitas sinyal karena pantulan karena coretan dekat dengan sudut 90 derajat yang sebagian besar catatan aplikasi sangat tidak menyarankan. Di sisi lain, "coretan longgar" mengambil lebih banyak ruang dan karenanya saya merendahkan impedansi diferensial saya?

Terima kasih dan selamat berlibur! -Igor

masukkan deskripsi gambar di sini

Jawaban:


6

Saya tidak yakin di mana Anda telah membaca bahwa desain coretan digunakan untuk tujuan ini, yaitu pencocokan panjang jalur. Dari apa yang saya dapat menemukan satu-satunya tempat di mana coretan (seperti yang telah Anda gambar) sengaja digunakan dalam antena coretan RFID ; dan Anda mungkin tidak ingin membangun salah satunya di papan Anda!

Di bawah ini adalah contoh pencocokan panjang jalur dari buku yang saya baca (Jacob et al. Sistem Memori ). Ada satu atau dua jalan berlekuk-lekuk di sana tetapi hanya dengan satu atau dua periode paling banyak. Pola yang ditunjukkan di sana tampaknya lebih memilih amplitudo tinggi dari "coretan" sehingga memiliki periode / pengulangan yang rendah. Sebagian besar rute lain yang ditampilkan di sana memanjang dengan beberapa cara tetapi tidak dengan coretan. Metode pemanjangan yang paling umum digunakan tampaknya membuat putaran-U pentagonal (istilah yang baru saja saya buat karena saya tidak tahu yang sudah mapan) sehingga polyline eksterior secara alami lebih panjang dari yang interior. Saya tidak tahu perangkat lunak apa yang digunakan untuk menghasilkan desain itu (tapi itu pertanyaan yang bagus).

masukkan deskripsi gambar di sini

Setelah pencarian lebih lanjut, tampaknya istilah perdagangan untuk coretan ketika diterapkan untuk melacak pencocokan panjang adalah "jejak serpentine".

Dan saya menemukan sebuah artikel yang membahas hal itu: A New Slant on Matched-Length Routing oleh Barry Olney ... Nah, artikel ini sebenarnya tentang mengusulkan alternatif untuk serpentine, tetapi ia memiliki beberapa latar belakang sebelum bisa dibandingkan. Namun bagi saya tampaknya bahwa ular yang sangat panjang yang ditunjukkan dalam artikel itu adalah untuk tujuan demonstratif / kontras. Saya telah melihat setidaknya dua lusin model kartu jaringan erat dalam kehidupan komputasi saya (dalam 20 + tahun) dan saya tidak ingat melihat pertengkaran diucapkan seperti milik Anda (atau yang di artikel itu) pada salah satu PCB mereka ... Sekarang mungkin ada di lapisan dalam (di beberapa papan yang memiliki lebih dari dua) di mana itu tidak terlihat. Beberapa kartu melakukan rute sinyal diferensial mereka pada lapisan dalam, sebagai microstrip.

Dengan terminologi serpentine ini, ternyata mereka adalah subjek buku teks standar. Buku Integritas Sinyal Pemahaman Thierauf memiliki beberapa halaman tentang hal ini. Istilah alternatifnya adalah (menurut buku teks itu): "berliku-liku atau jejak trombon". Jika saya mendapatkan ini dengan benar, jumlah periode harus diminimalkan karena masing-masing berkontribusi pada bentuk gelombang seperti tangga yang dibuat oleh crosstalk antara belokan-U, seperti yang dikutip di bawah ini dari buku teks yang disebutkan di atas. Ini adalah analisis teoritis murni. masukkan deskripsi gambar di sini.

Buku ini juga mengatakan bahwa ini hanya solusi perkiraan dan bahwa "pemecah bidang 3D" diperlukan untuk sepenuhnya mensimulasikan perilaku nyata; misalnya, sinyal sebenarnya merambat lebih cepat pada serpentin daripada panjang jejak 2D. Saya intuisi dengan benar rekomendasi yang akan diambil buku dari grafik itu; mengutipnya di bawah ini:

Karena tegangan berpasangan maksimum tumbuh dengan jumlah segmen pada serpentin, ketika meletakkan serpentin, yang terbaik adalah menggunakan lebih sedikit segmen panjang daripada jumlah pendek yang lebih banyak. Segmen yang lebih sedikit juga berarti lebih sedikit sudut dan ketidakpastian dalam waktu dan impedansi. Untuk alasan ini segmen harus panjang (biasanya lebih besar dari waktu kenaikan sinyal) dan jumlahnya sedikit. Juga, karena peningkatan crosstalk saat jejak dikemas rapat, tangga dapat dikurangi dengan meningkatkan pemisahan antar segmen.

Akhirnya, buku ini juga menyebutkan menempatkan jejak penjaga yang membumi di antara segmen-segmen dalam ular untuk (lebih lanjut) mengurangi tangga yang disebabkan oleh crosstalk. Buku ini juga mencantumkan / mengutip beberapa makalah yang lebih mendalam tentang masalah serpentine ini:

  • Wu, R., dan F. Chao, "Gelombang Tangga di Garis Delay Serpentine," Transaksi IEEE pada Komponen, Kemasan, dan Teknologi Pabrikan, Bagian B, Vol. 18, No. 4, November 1995, hlm. 644–650.
  • Rubin, BJ, dan B. Singh, "Studi Penundaan Line Meander di Circuit Board," Transaksi IEEE pada Teori dan Teknik Microwave, Vol. 48, No. 9, September 2000, hlm. 1452–1460.
  • Orhanovic, N., et al., "Karakterisasi Microstrip Meanders di PCB Interkonek," Prosiding IEEE Komponen Elektronik dan Konferensi Teknologi ke-50, Las Vegas, NV, 21-24 Mei, 2000, hlm. 508-512.
  • Shiue, G., et al., "Peningkatan Gelombang Waktu-Domain Transmisi dalam Garis Delay Serpentine dengan Jejak Penjaga," Simposium Internasional IEEE pada Kompatibilitas Elektromagnetik, EMC 2007, Honolulu, HI, 9-13 Juli 2007, hlm. 1 –5.
  • Nara, S., dan K. Koshiji, "Studi tentang Karakteristik Waktu Tunda Multilayered Hyper-Shielded Meander Line," Simposium Internasional IEEE pada Kompatibilitas Elektromagnetik, EMC 2006, Vol. 3, Portland, OR, 14-18 Agustus 2006, hlm. 760-763.

Pada catatan yang lebih praktis, NXP memiliki catatan aplikasi pedoman tata letak DisplayPort PCB (AN10798) yang menyentuh beberapa aspek jejak panjang matematika pada hal. 4-6. Mereka merekomendasikan desain ular yang ditunjukkan di bawah ini, yang juga mematuhi aturan lain, seperti tidak mengizinkan terlalu banyak jarak antara pasangan diferensial.

masukkan deskripsi gambar di sini


Terima kasih Fluff Diulang. Saya telah menjumpai jejak serpentin ini cukup sering, terutama jika Anda melihat koneksi antara CPU dan memori. Perhatian khusus saya adalah jejak Ethernet yang saya perute. Saya memiliki jejak 50mm dan pasangan tidak cocok dengan 5mm (yaitu perbedaan panjang 5mm antara TX + dan TX- karena perutean di sekitar konektor RJ45). Apakah Anda pikir saya harus repot-repot dengan serpentine sama sekali atau hanya mengarahkan lurus sebagai pasangan diferensial karena ketidakcocokan panjang paling banyak 5mm?
IgorEE

Yah, Anda bahkan tidak mengatakan apa kecepatan Ethernet (100Mbp, 1Gbps; Saya menganggap itu bukan 10Gbps karena Anda menyebutkan RJ45). Ada simulator komersial (mahal!) Seperti HyperLynx yang dapat menjawab pertanyaan seperti itu secara terperinci. Saya belum mendesain kartu Ethernet secara pribadi, jadi saya tidak bisa mengatakan apa-apa. Tetapi dengan asumsi ini adalah 1Gbps, Anda mungkin dapat belajar dari desain Intel misalnya intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/design-guides/... Melihat singkat pada 5mm itu terdengar sangat banyak, jadi Anda mungkin harus mengganti rugi.
Fizz

Maaf tentang itu, itu adalah 100Mbp Ethernet jadi mungkin itu 5mm tidak terlalu buruk? Saya akan melihat desain Intel itu.
IgorEE

Mungkin. Intel mengatakan untuk mencocokkan pasangan MDI dalam 30 mils di gigabit. Saya kira 300 mil (= 7.62mm) akan baik-baik saja pada 100Mbps; tapi saya bisa saja salah. Juga, tidak terlalu jelas jika Anda berbicara tentang pencocokan dalam-pasangan atau antara-panjang. Yang terakhir kurang kritis; bahkan pada Gigabit Intel memungkinkan ketidakcocokan dua inci di antara pasangan (tetapi hanya 30 mil dalam pasangan). Mereka juga mengatakan untuk menghindari serpentine untuk MDI (sementara mereka mengizinkannya untuk PCIe) karena peningkatan EMI (dengan kabel terpasang) dan, yang menarik, juga karena serpentine mengurangi imunitas ESD.
Fizz

Ketidakcocokan dalam pasangan, saya sadar bahwa ketidakcocokan antara kedua pasangan tidak begitu penting. Saya baru saja melihat rute dari model raspberryPi B + karena ini adalah desain yang saya salin secara longgar, dan mereka juga memiliki serpentine pada garis ethernet seperti pada desain saya di atas, jadi saya kira panjang pencocokan juga penting selain untuk mempertahankan impedansi diferensial. Saya berharap akan ada beberapa aturan praktis untuk desain bentuk serpentin tetapi tampaknya selain perbandingan serpentin ketat dan longgar seperti yang disebutkan di atas, tidak ada aturan dan tampaknya solver EM yang tepat akan menjadi ...
IgorEE

4

Kekhawatiran Anda yang lebih besar dengan pertengkaran yang ketat adalah bahwa bagian dari sinyal Anda dapat berpasangan melaluinya dan akhirnya keluar dari sisi lain lebih cepat dari yang Anda pikirkan. Paling baik digunakan lebih besar seperti gambar pertama Anda.

Simpan juga coretan di dekat pemancar, penerima, atau konektor Anda. Mungkin kurang dari 1/4 panjang gelombang dari konten frekuensi tertinggi yang menarik dari pemancar Anda. Terbaik untuk mengatasi diskontinuitas bersama.

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.