长度匹配差分对


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我正在通过以太网连接对PCB进行布线,在确定如何最好地布线TX和RX差分对时遇到了一些麻烦。我已经完成了阻抗计算,以找出100 ohm差分阻抗所需的走线几何形状,并在电路板上进行了确认。但是,TX + / TX-和RX + / RX-对之间的长度有些不匹配(大约5mm)。因此,我正在使用“弯曲线技术”以最小化一对线迹的长度不匹配。

我的问题是,是否有一条经验法则或精确的计算方法可以弄清弯曲的线的几何形状?为了说明我的意思,请看一下附件-我为一对带有“松散”的弯折(图中标记为1)和另一对带有“紧”弯折(图中标记为2)的布线。哪一个更好,这到底有关系吗?我对“紧密的波形”的关注是由于反射引起的信号质量下降,因为波形接近90度角,大多数应用笔记强烈建议不要这样做。另一方面,“松散的花形”占用更多空间,因此我的差分阻抗会降低吗?

谢谢,节日快乐!-伊戈尔

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Answers:


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我不确定您在哪里阅读过花键设计用于此目的,即路径长度匹配。从我所能找到的唯一地方,是有意在RFID波形天线中使用波形图(如您绘制的波形图)的地方;而且您可能不想在董事会上建立其中之一!

下面是我读过的一本书(Jacob等,Memory Systems)中路径长度匹配的示例。那里只有一两个弯曲的路径,但最多只有一两个周期。那里显示的模式似乎更喜欢“花鼓”的高振幅,因此它的周期/重复次数少。此处显示的大多数其他路线都以某种方式加长,但不会因花鼓而变长。那里使用的最常见的加长方法似乎是进行五边形U形转弯(我之所以编造这个术语,是因为我不知道既定弯头),因此,外部多段线自然比内部多段线更长。我不知道使用什么软件来生成这些设计(但这是一个好问题)。

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经过更多的搜索后,当将花体用于跟踪长度匹配时,它的商标似乎是“蛇形跟踪”。

我找到了一篇讨论这些文章的文章:Barry Olney的《关于匹配长度路由的新倾向》 ...嗯,这篇文章实际上是关于提出蛇纹石替代品的,但是在进行比较之前它确实有一定的背景。但是,在我看来,该文章中显示的非常长的蛇纹石是用于演示/对比的。在我的计算寿命(超过20年)中,我至少已经看到了至少十二种网卡模型,而且我不记得曾注意到在您的任何PCB上都出现了像您(或该文章中提到的)那样明显的花样。它可能存在于内层(在具有两个以上的几个板上)不可见。一些卡确实将其差分信号作为微带线传送到内层。

使用这种蜿蜒的术语,事实证明它们是标准教科书主题。Thierauf的《理解信号完整性》一书有两页。替代术语是(根据该教科书):“曲折或长号痕迹”。如果我没看错的话,周期的数量将被最小化,因为每个周期都会导致由U形弯头之间的串扰产生的梯形波形,如以下摘录自上述教科书。这是纯理论分析。在此处输入图片说明

该书还说,这只是一种近似解决方案,需要“ 3D场求解器”来完全模拟真实行为。例如,信号在蛇形中的传播实际上比2D迹线长度所指示的要快。我正确地理解了该书将要从该图中得出的建议。在下面引用它:

由于最大耦合电压随蛇形管中段数的增加而增加,因此在布置蛇形管时,最好使用较少数量的长段,而不是大量的短段。更少的段也意味着更少的转角以及更少的时序和阻抗不确定性。由于这些原因,这些段应较长(通常大于信号上升时间),并且数量应很少。同样,由于随着线迹紧密堆积在一起,串扰会增加,因此可以通过增加段之间的间距来减少梯形。

最后,该书还提到在蛇形管的各段之间放置接地的保护线,以(进一步)减少由串扰引起的梯形。该书还列出/引用了有关此蛇形问题的更多深入论文:

  • Wu,R.和F. Chao,“蛇形延迟线中的阶梯波”,有关组件,包装和制造技术的IEEE交易,第B部分,第1卷。1995年11月,第18卷,第4期,第644-650页。
  • Rubin,BJ和B. Singh,“电路板上曲折线延迟的研究”,《 IEEE微波理论与技术学报》,第1卷。48,第9号,2000年9月,第1452至1460页。
  • Orhanovic,N.等人,“ PCB互连中微带弯曲的特性”,第50届IEEE电子元器件和技术会议论文集,内华达州拉斯维加斯,2000年5月21日至24日,第508-512页。
  • Shiue,G.等人,“使用保护走线改善蛇形延迟线中的时域传输波形”,IEEE国际电磁兼容性研讨会,EMC 2007,檀香山,夏威夷,2007年7月9日至13日,第1页。 –5。
  • Nara,S.和K. Koshiji,“多层超屏蔽弯折线的延迟时间特性研究”,IEEE电磁兼容性国际研讨会,EMC 2006,第1卷。3,俄勒冈州波特兰,2006年8月14日至18日,第760-763页。

在更实际的说明中,恩智浦有一个应用说明DisplayPort PCB布局指南(AN10798),涉及第4-6页上的迹线长度计算的多个方面。他们建议如下所示的蛇形设计,该设计也应遵守其他规则,例如不允许差分对之间的距离过大。

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谢谢重生绒毛。我经常遇到这些蛇形痕迹,尤其是当您查看CPU和内存之间的连接时。我特别关心的是我正在路由的以太网跟踪。我有50mm的走线,线对不匹配5mm(即,由于RJ45连接器周围的布线,TX +和TX-之间的长度差为5mm)。您是否认为我应该完全不喜欢蛇纹石,或者因为长度不匹配最大为5mm,所以应该像差分对那样直接走线?
IgorEE

好吧,您甚至没有说以太网的速度(100Mbp,1Gbps;我认为不是10Gbps,因为您提到了RJ45)。有(昂贵!)商业模拟器,例如HyperLynx,可以详细回答此类问题。我还没有亲自设计过任何以太网卡,所以我不能高谈阔论。但是,假设这是1Gbps,您可能可以向Intel设计学习,例如intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/design-guides/…短暂地看一下5mm听起来很像,所以您应该可以弥补。
Fizz

抱歉,它是100Mbp以太网,所以5mm ia可能还不错吗?我将看看该英特尔设计。
IgorEE

可能吧 英特尔表示,可以在30密耳内匹配千兆位的MDI对。我想300密耳(= 7.62mm)在100Mbps时还可以;但我可能是错的。另外,不清楚是在对内还是对间长度匹配。后者不太重要。即使在千兆位,英特尔也允许线对之间有2英寸的不匹配(但线对之间仅30密耳)。他们还说避免使用MDI蛇纹石(同时允许它们使用PCIe),这是因为EMI(连接电缆)增加了,而且有趣的是,蛇纹石降低了ESD免疫力。
Fizz

失配是成对存在的,我知道这两对之间的失配并不那么严重。我只是看了raspberryPi模型B +的路由,因为这是我正在随意复制的设计,并且它们与上面的设计一样在以太网线路上也有蛇形结构,因此我猜想长度匹配对维护也很重要差分阻抗。我希望对蛇形形状设计有一些经验法则,但显然除了上述提到的比较松紧的蛇形和松紧的蛇形之外,没有任何规则,而且看来合适的EM求解器将是……
IgorEE

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对于紧绷的波形,您最大的担心是信号的一部分可以通过它们直接耦合,最终比您想象的更快地出现在另一侧。最好像您的第一个图纸一样使用更大的尺寸。

还要使波形曲线靠近发射器,接收器或连接器。远离发射器的地方,可能不到感兴趣的最高频率内容的1/4波长。最好将不连续性集中在一起。

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