Proverò a rispondere brevemente, ma una grande risorsa per questo tipo di domanda è il segnale e l'integrità dell'alimentazione di Eric Bogatin : semplificati .
Hai elencato e descritto diversi protocolli ad altissima velocità che hanno frequenze di bordo del segnale nell'intervallo di centinaia di picosecondi. Ciò significa che anche tracce di appena un paio di pollici possono essere considerate elettricamente lunghe e che questi canali di trasmissione devono essere instradati come linee di trasmissione .
Mettere molto, molto brevemente, presentando una linea di trasmissione con impedenza nota ad un driver ad alta velocità (ricetrasmettitore seriale in ingresso / uscita di un SerDes) permette la trasmissione dei dati oltrepassare quella linea senza riflessioni del segnale deletrious che possono interferire con la comunicazione di successo. Ciò può manifestarsi come interferenza intersimbolica (ISI), crosstalk, jitter aggiuntivo che rende UI (intervallo di unità) inutilizzabile e molti altri effetti. Ricordiamo che alcuni di questi protocolli (come PCIe) spingono oltre 8 GT / s sul rame convenzionale su FR-4 a basso costo; per fare ciò, i progettisti devono aver cura di fare tutto il possibile per fornire un canale di alta qualità per la trasmissione dei dati.
Un determinato protocollo (o specifica) generalmente elenca un'impedenza caratteristica desiderata . Ad esempio, Intel potrebbe richiedere che le tracce PCI Express per le proprie piattaforme Xeon vengano instradate come "coppie differenziali da 100 ohm". Ciò significa che hanno qualificato e progettato i loro ricetrasmettitori PCI Express per aspettarsi una linea di trasmissione a impedenza caratteristica di 100 ohm per il trasferimento dei dati. L'USB richiede comunemente 90 ohm, RS-422 può essere 120 ohm ed Ethernet 100 ohm. In questo post non entrerò nelle strutture delle linee di trasmissione single-ended, ma come indicato di seguito nei commenti, per un primo ordine approssimativo, potresti considerare ogni 'metà' delle strutture sottostanti come metà dell'impedenza di coppia.
Ora, per creare la struttura della linea di trasmissione su un tradizionale FR-4 PCB (al fine di mantenere questo materiale conveniente!), Abbiamo diverse opzioni. Per le tracce differenziali, abbiamo diverse opzioni. Supponiamo che le tue tracce siano sullo strato superiore o inferiore: l'opzione 1 è la microstriscia accoppiata ai bordi (l'immagine che ho è 'rivestita', dove la maschera di saldatura si trova sopra di essa. Tecnicamente , c'è una patina accoppiata su un lato e accoppiata su un lato superficie per le opzioni di livello superiore / inferiore: per operazioni RF ad altissima frequenza, anche la presenza di una maschera per saldatura può essere un problema).
In base alla distanza dal piano di ritorno al di sotto di esso, alla spaziatura tra le due linee e alla larghezza di ciascuna linea, la tua scheda PCB può offrirti una struttura che presenta l'impedenza del bersaglio.
Ora, diciamo che sei su un livello interno. La struttura utilizzata qui è in genere microstriscia incorporata con bordi :
Simile al primo, anche questo considera la distanza dal piano di riferimento più vicino. Molti progettisti preferiscono seppellire le loro coppie ad alta velocità su strati interni per beneficiare della schermatura "libera" degli aerei di rame per ridurre le emissioni irradiate. La linea di offset offset accoppiata ai bordi viene utilizzata quando uno strato di segnale è inserito tra due livelli piani:
Per ottenere queste strutture differenziali , contatta la tua casa di fabbricazione PCB e dì loro le impedenze differenziali che stai cercando - questo fa parte del processo di progettazione di impilamento PCB . La casa di fabbricazione gestisce i materiali reali che usano (che hanno valori Er diversi) per i nuclei e i materiali pre-preg, e torna da te con una serie di geometrie da seguire nel tuo strumento di progettazione, ad es. ( Non numeri reali) "0.2mm tracce spesse con spaziatura di 0,15 mm sugli strati 1 e 8 per impedenza di 100 Ohm +/- 10% ". Quindi inserisci questi valori in Altium e ti assicurerai in modo intelligente che quando instradi le coppie hai chiamato come differenziale che seguono quelle geometrie.
In base alla progettazione, quando fabbrichi il tuo PCB con il tuo negozio e invii loro lo stack-up progettato, quelle tracce daranno l'impedenza caratteristica desiderata. Dovresti richiedere un coupon di impedenza , che è generalmente un pezzo del tuo PCB dalla parte esterna dell'array in cui è stata creata una struttura duplicata della linea di trasmissione e un TDR (riflettometro nel dominio del tempo) viene utilizzato per fornirti l'effettivo impedenza costruita. La tolleranza tipica è di circa il 10% .
La corrispondenza della lunghezza non influisce sull'impedenza differenziale e differisce da protocollo a protocollo. Vi è un disallineamento tra coppie (da P a N) e un disallineamento tra coppie / inter-corsia (ovvero da PCIe Tx Lane 0 a 1), in cui quest'ultimo è generalmente più tollerante rispetto al primo. Questo è qualcosa che generalmente analizzi verso la fine per aggiungere meandri o rotte tortuose per far sì che i membri della coppia soddisfino le specifiche del produttore. Uso uno script che scarica le lunghezze nette della rete in Excel e quindi la formattazione condizionale per farmi sapere come sto andando a soddisfare le specifiche (un po 'redatto - questa è una scheda con un modulo che ha un po' di errata corrispondenza, e un PCB portante che presenta una corrispondenza errata):
Ed ecco un esempio di configurazione Altium per coppie differenziali da 100 ohm basate sui consigli del mio fornitore:
Ecco alcuni altri suggerimenti che ho raccolto lungo la strada che potrebbero aiutarti in nessun ordine particolare:
- Data una tolleranza per la mancata corrispondenza da parte di un produttore, iniziare dimezzandolo se possibile. In un caso come PCI Express in cui si dispone di un PCB host e un PCB carrier, questo (sorta di) divide la tolleranza tra i due.
- Quando si costruisce una scheda con impedenze differenziali, utilizzare "D-Codes". Utilizzare la cifra in hundreth o millesimi in larghezze di traccia per distinguere tra impedenze diverse. Ad esempio, se 0,20 mm fosse indicato come larghezza per 90 ohm e 100 ohm, farei 90 ohm 0,201 mm e 100 ohm 0,20 mm e aggiungerei una nota di fabbricazione che spiegava cosa avevo fatto. L'ingegnere CAM può quindi facilmente selezionare le coppie usando il suo software e fare ciò di cui ha bisogno.
Quindi, prima di iniziare il tuo prossimo progetto PCB con protocolli / requisiti che implicano il routing di traccia differenziale:
- Identifica tutte le diverse impedenze da controllare e su quali livelli saranno (ovvero quali sono i tuoi livelli di segnale).
- Contatta la tua fabbrica di fabbricazione con le informazioni di cui sopra e lavora con loro per definire un impilamento per il tuo progetto e ottenere le geometrie richieste. In alternativa, come indicato nei commenti seguenti, con il materiale appropriato e altre informazioni, gli strumenti EDA potrebbero essere in grado di fornire le geometrie richieste.
- Imposta lo strumento CAD con le regole appropriate in base ai numeri del passaggio 2.
- Definisci le classi nette per le coppie e via!
- Utilizzare uno script o simile per generare un report che mostri disallineamenti tra coppie interne / coppie e se rientrano nelle specifiche o meno.