Perché spostare le tracce vicine su un PCB?


38

Ho letto un articolo ( TheMagPi eMagazine) relativo al Raspberry Pi; "Una scatola ARM GNU / Linux per $ 25."

Nell'articolo, pagina 17 in basso mostra un'area sul Pi in cui una traccia si zigzaga accanto a una dritta con il testo esplicativo:

Le "oscillazioni" nelle tracce assicurano che i segnali siano abbinati elettricamente, riducendo le interferenze e il ritardo del segnale. Ciò è particolarmente importante per i dati video ad alta velocità e i segnali HDMI.

Foto dall'articolo che mostra le oscillazioni

Ho una conoscenza molto limitata dell'ingegneria elettrica, quindi forse questa è una domanda molto semplice, ma perché dovresti incorporare queste "oscillazioni" in una progettazione PCB?

Mi rendo conto che la citazione mi dà una risposta e capisco il punto di interferenza a causa di problemi con i cavi di alimentazione e i cavi coassiali che corrono l'uno accanto all'altro, ma apprezzerei qualcosa assumendo una conoscenza molto scarsa che spiegasse perché avresti i problemi e come wiggles help. Ad esempio, perché la scheda non è coperta da oscillazioni?


2
Sono solo io o quelle tracce che si agitano sembrano più lunghe rispetto a quelle esterne? A occhio mio, sto indovinando che una sola oscillazione compenserebbe già la differenza di lunghezza attorno a un angolo di 45 gradi. Ci sono angoli che non possiamo vedere e questo è l'unico spazio disponibile per la domanda di oscillazione accumulata?
Bernd Jendrissek,

Questo è anche il mio pensiero e se guardi attentamente, la seconda coppia è più corta delle altre coppie mosse.
jippie,

1
Da questa foto ... non si sa cosa succede altrove nella coppia. La correzione della lunghezza a volte viene raggruppata a un'estremità in questo modo se c'è poco spazio altrove. I connettori sono generalmente un'area a bassa densità, quindi è facile farlo lì. Penso che sia preferibile abbinare le lunghezze con correzioni minori sull'intera lunghezza, se possibile.
darron,

Risposte:


27

L'oscillazione è presente sulla traccia interna agli angoli (o nel complesso più corto) per equalizzare le lunghezze della traccia di una coppia differenziale , ovvero due cavi qualsiasi che utilizzano la segnalazione differenziale per dati cary. Se le tracce non avessero la stessa lunghezza, il beneficio di cancellazione del rumore di una segnalazione differenziale andrebbe perso.

Mentre i componenti del livello fisico della maggior parte dei segnali LVDS moderni (PCIe, HDMI, DVI) includono buffer di disallineamento o "elastici" per compensare le diverse lunghezze delle tracce tra le coppie, è necessario evitare l'inclinazione all'interno di una coppia con queste tecniche di layout fisico.

Seguenti commenti di OP:

Prendendo Gigabit Ethernet come esempio, poiché potrebbe esserti più familiare: il cavo CAT6 ha otto fili, che se si strappa la guaina isolante esterna vengono intrecciati insieme in coppia, quindi i fili 1 + 2 vengono intrecciati insieme come coppia uno. Accanto a questo si trova la coppia 2, che è i fili 3 + 4 intrecciati insieme, la coppia 3 comprende il filo 5 + 6 intrecciati insieme ecc. È importante mantenere le coppie della stessa lunghezza, perché contengono copie dello stesso segnale inviato con polarità opposte ( uno è positivo, mentre l'altro è negativo). Se e solo se i fili hanno la stessa lunghezza, i segnali arrivano insieme (data la velocità fissa degli elettroni), il che consente di respingere qualsiasi interferenza elettrica di modo comune nell'accoppiamento magnetico.

Le quattro coppie stesse tuttavia non devono avere esattamente la stessa lunghezza perché il processo di negoziazione automatica dei gigbit calibra i buffer elastici (e le unità di annullamento dell'eco) in modo tale che eventuali discrepanze minime nel tempo di arrivo vengano rimosse prima che i componenti di livello superiore facciano il loro lavoro.

La stessa cosa sta succedendo su questo circuito. Le tracce del circuito immediatamente adiacente / chiuso sono "le coppie" e sono mantenute della stessa lunghezza per consentire ai ricevitori differenziali di rifiutare il rumore, sebbene elettricamente piuttosto che magneticamente. Puoi vedere che il connettore HDMI trasporta diverse di queste coppie e non si tenta di mantenere una coppia della stessa lunghezza della coppia accanto ("tra coppie"). Vi sono tuttavia alcuni limiti nella dimensione dei buffer elastici (in byte) dopo i quali il cavo diventa non operativo o declassato. Sarebbe divertente sperimentare e trovare i limiti in millimetri.

Questa immagine di una spina HDMI mostra le coppie differenziali: inserisci qui la descrizione dell'immagine


Questo è probabilmente molto semplice, ma la ricerca non ha davvero aiutato. Che cos'è un pair? Se una coppia è semplicemente due componenti diversi, allora non capisco la differenza tra within a pairebetween pairs
George Duckett,

1
una 'coppia' qui significa solo due fili uno accanto all'altro. Una "coppia differenziale" è un modo per inviare lo stesso segnale con polarità opposta, sui due fili, che consente di annullare qualsiasi rumore di modo comune nel ricevitore.
shuckc,

1
@GeorgeDuckett: se uno invia semplicemente un livello logico su un singolo filo, allora eventuali correnti che fluiscono in quel filo devono ritornare attraverso il piano di massa e qualsiasi rumore raccolto dal filo o dal piano di terra può influenzare il segnale. Per evitare questi problemi, i segnali ad alta velocità vengono spesso inviati utilizzando due fili (che chiamerò arbitrariamente "X" e "Y"); verrà inviato un "1" logico guidando X in alto e Y in basso; uno "0" logico verrà inviato guidando Y alto e X basso. Un dispositivo che riceve i segnali li interpreterà come "1" ogni volta che la tensione su X è superiore a Y e "0" ogni volta che Y è maggiore di X.
supercat

1
@GeorgeDuckett: in qualsiasi momento, la corrente che fuoriesce da un filo sarà abbastanza ben bilanciata dalla corrente nell'altro, quindi i segnali non accoppieranno la corrente sul piano di massa (che verrebbero visti da altri segnali come rumore). Inoltre, qualsiasi rumore che appare sul piano di massa da altri dispositivi sarà visto approssimativamente allo stesso modo da entrambi i fili nella coppia, e quindi non influenzerà quale filo è "più alto" in un dato momento.
supercat

@shuckc: George Ducket voleva sapere quale fosse il significato di una "coppia" di fili, poiché il modo in cui sono disposti i wiggle suggerisce che i fili si accoppiano. Avrei potuto aggiungere che per una coppia di fili per eliminare le correnti del piano terra, è necessario che un fronte di salita su un filo e un fronte di discesa sull'altro arrivino esattamente contemporaneamente; anche se la logica fosse in grado di gestire le differenze di temporizzazione, non sarebbe in grado di evitare l'accoppiamento del rumore aggiuntivo che si avrebbe se i segnali arrivassero in momenti diversi, ma la risposta ha già fatto allusione a questo.
supercat

15

Fondamentalmente, l'oscillazione viene utilizzata in situazioni in cui vi sono due o più segnali (veloci) che dovrebbero essere sincronizzati, in modo che non vengano ritardati l'uno rispetto all'altro a causa delle diverse lunghezze della traccia.

Ciò è estremamente importante per i segnali che hanno una linea di clock perché, ad esempio, su un sistema con varie linee di dati, se alcune delle linee di dati sono più lunghe di altre, quando si verifica l'impulso di clock è possibile che non tutti i segnali abbiano raggiunto il ricevitore per i dati trasmessi.

Nell'immagine puoi vedere che le tracce interne sono quelle che si agitano, perché se fossero dritte sarebbero più corte di quelle esterne.


Ho votato a favore di questo dato che questa risposta è egualmente buona come quella accettata. La lunghezza della traccia è molto importante per i segnali ad alta velocità. L'ho imparato a mie spese.
bakcsa83,
Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.