Calcolo della tolleranza della lunghezza della traccia - Progettazione PCB ad alta velocità

Devo interfacciare un convertitore di formato video con un IC ADC, che converte i dati analogici RGB in digitale. La connessione tra questo ADC e il convertitore è un bus dati a 20 bit che esegue il clock a circa 170 MHz. Dato che ho i vincoli dell'area PCB, non riesco a far combaciare perfettamente la lunghezza della traccia di questo bus di dati. Ho sentito che esistono tolleranze di lunghezza della traccia corrispondenti a seconda della frequenza, in modo che non danneggi l'acquisizione del segnale da parte della destinazione.

La mia domanda è come calcolare le tolleranze di lunghezza della traccia in un design PCB ad alta velocità? (nel routing a coppia differenziale e routing bus dati ad alta velocità)

— Thilina S. Ambagahawaththa
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Di solito ci sono linee guida di layout pubblicate dai vari venditori di chip. In caso contrario, potrebbero essere elencati i tempi di configurazione e di attesa. Lei menziona le coppie differenziali. Il bus dati a 20 bit è differenziale?

— mkeith

No, non è un bus dati differenziale. Scheda tecnica menzionata solo sulla velocità del bus, per mantenere la traccia più corta e le lunghezze da abbinare.

— Thilina S. Ambagahawaththa,

Risposte:

La corrispondenza della lunghezza riguarda i tempi, quindi se vuoi sapere quanto devi abbinare la lunghezza devi capire il budget dei tempi per la tua interfaccia. I segnali lasceranno la tua fonte e arriveranno a destinazione con una relazione temporale. Il ricevitore richiede una certa relazione temporale tra orologio e dati per garantire il corretto funzionamento. Questo di solito è definito come tempo di configurazione e di attesa, o per quanto tempo prima che l'orologio debba essere valido e per quanto tempo deve rimanere valido.

Esistono diverse cose in un sistema che incidono su questo budget, uno dei quali sarà il tuo percorso. A volte un produttore ti dirà queste informazioni, altre volte dovrai derivarle dai dati di temporizzazione di ingresso e uscita del tuo trasmettitore e ricevitore. Certo, è facile dire bene che devo abbinare esattamente, perché non devi pensarci :)

Ma pensiamoci un minuto. Hai un segnale a 170Mhz? Questo è un periodo di 5.882ns. Cosa succederebbe se instradassi tutti i tuoi dati entro un pollice di clock. Quale sarebbe la differenza di tempistica peggiore. Tempo di propagazione per una traccia dello strato superiore, una microstriscia è di circa 150ps / in. Quindi una differenza di 1 pollice inclinerà un segnale di dati dall'orologio +/- 150ps. Non è affatto male considerando il tuo periodo di 5,882ns. In realtà 170Mhz non è poi così veloce.

Se hai compreso l'inclinazione dell'uscita dal trasmettitore e i tempi di configurazione e di attesa del ricevitore, potresti trovare un numero per il ritardo di instradamento accettabile. Naturalmente ci sono altri fattori, il jitter dell'orologio, l'ISI, ecc., Ma questo dovrebbe darti una buona idea di cosa puoi fare.

— Qualche ragazzo dell'hardware
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Molto conciso, mi piace la risposta. Sono curioso, tuttavia (per favore, abbi pazienza con me), se la capacità sulla linea peggiorerà ulteriormente le prestazioni man mano che si aggiunge la distanza, o è questo il suo problema più o meno indipendente.

— mcmiln,

La capacità è già contabilizzata nel ritardo di propagazione. Non troppo profondo, ma il ritardo di propagazione per unità di lunghezza (diciamo 1 pollice) è sqrt (Lo * Co), dove Lo è l'induttanza per unità di lunghezza e Co è la capacità per unità di lunghezza (di nuovo si pensi ad esempio a capacità e induttanza per pollice Quando aggiungi più traccia non stai solo aggiungendo capacità. Ora ci sono altri effetti che potrebbero influenzare il tuo tempo di salita come la capacità di ingresso del ricevitore, connettori o via. Quindi ci sono perdite per altri motivi ad alta velocità ma probabilmente non è qualcosa di cui hai bisogno

— Some Hardware Guy

di cui preoccuparsi a 170MHz.

— Some Hardware Guy

Ottimo grazie. Ci sono un sacco di cose da giocare lì.

— mcmiln,

In assenza di una specifica per lo standard del bus o la temporizzazione del ricevitore, è possibile applicare una regola empirica come mantenere l'inclinazione a meno del 5% del periodo di clock. I segnali su un PCB FR4 viaggiano a circa la metà della velocità della luce, quindi si consiglia di rendere la traccia più lunga non più di 44 mm più lunga della traccia più breve. Non troppo complicato. Preferibilmente, la lunghezza della traccia dell'orologio dovrebbe essere da qualche parte nel mezzo.

Per inciso, l'integrità del segnale analogico può essere un problema maggiore rispetto al digitale in questo progetto. Ti consigliamo di non accoppiare il rumore di commutazione dalle linee digitali ai segnali di ingresso analogici. Leggi i consigli di Henry Ott (in particolare n. 4, 8, 9, 10, 17) e preferibilmente acquista il suo libro.

— pericynthion
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