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解決高速PCB中的偏移源
解決高速PCB中的偏移源
有時(shí)，當我們談?wù)撈睍r(shí)，我們并沒(méi)有像我們應該的那樣具體。大多數關(guān)于歪斜和抖動(dòng)的討論都涉及布線(xiàn)期間產(chǎn)生的歪斜類(lèi)型，即由于差分對中的長(cháng)度不匹配和光纖編織引起的歪斜。事實(shí)上，有許多不同的歪斜來(lái)源會(huì )導致互連上的總抖動(dòng)，在需要精確時(shí)序控制的串行和并行總線(xiàn)中量化這些歪斜很重要。
如果您編譯一個(gè)歪斜源列表，您會(huì )發(fā)現纖維編織引起的歪斜只是一長(cháng)串歪斜源中的一個(gè)條目。我們將在下面查看可能的偏差源列表，并了解它們如何影響您的PCB的操作。從下面的列表中，我們將看到，通過(guò)注意PCB基板中的纖維編織結構，并不能簡(jiǎn)單地解決其中一些與歪斜有關(guān)的問(wèn)題。
偏斜的來(lái)源
這里要注意的第一點(diǎn)是抖動(dòng)和歪斜之間的區別，以及隨機和確定性抖動(dòng)/歪斜之間的區別?？赡芪乙?jiàn)過(guò)的最好的歪斜定義來(lái)自 Steve Corrigan 撰寫(xiě)的舊德州儀器應用筆記。在本應用筆記中，Steve 將抖動(dòng)描述為“所有偏差的總和”。這應該說(shuō)明為什么有些作者有時(shí)會(huì )交替使用“jitter”和“skew”（我自己錯誤地這樣做了）。JEDEC 對抖動(dòng)和偏斜有自己的定義。
無(wú)論您使用哪個(gè)術(shù)語(yǔ)，有時(shí)“抖動(dòng)”和隨機偏斜之間存在關(guān)聯(lián)，而“偏斜”一詞將用于指代偽隨機或確定性偏斜。實(shí)際上，隨機偏差只有一個(gè)來(lái)源：熱噪聲。構成所有物質(zhì)的原子和分子的隨機運動(dòng)確實(shí)會(huì )導致電子電路中的噪聲，但它只在高精度的低水平測量中很重要。在大多數應用程序中，您需要擔心的偏差源是確定性的，并且可以鏈接回根本原因。
下表顯示了 PCB 中可能出現的偏差源列表，以及每個(gè)出現的位置的簡(jiǎn)要說(shuō)明。
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纖維編織引起的歪斜 |
由于PCB基板材料的構造周期性地不均勻和各向異性。優(yōu)選機械鋪展的玻璃織物以減少這種情況。 |
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周期性偏斜 |
由系統中其他來(lái)源引起的周期性噪聲引起，例如高速 I/O 切換引起的電源軌噪聲。 |
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有界不相關(guān)偏斜 |
串擾引起的；這種偏差與受害互連上的活動(dòng)無(wú)關(guān)，因此它看起來(lái)是隨機的。 |
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占空比失真 |
這可能是另一個(gè)噪聲源的副作用。它指的是開(kāi)關(guān)閾值或邏輯閾值偏離其理想值的情況，這會(huì )取代脈沖串的上升沿。 |
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符號間干擾 |
由接收器測量的反射和隨后的干擾引起；反射符號可以在所有后續符號上創(chuàng )建一個(gè)早期或晚期上升沿。 |
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數據相關(guān)脈寬調制 |
這是高速通道中帶寬限制特性的副作用（例如，損耗或終端的分散、寄生電容） |
這張表有很多事情要做；我們有多個(gè)歪斜來(lái)源與纖維編織效果無(wú)關(guān)，無(wú)法通過(guò)應用長(cháng)度匹配來(lái)解決！但是，如果您查看第一行下方，我們會(huì )看到這些偏斜的大部分來(lái)源出現在系統級別，這是由于系統中不同功能塊之間或芯片和電路板之間的一些相互作用。
你能消除所有偏斜嗎？
不幸的是，答案是“不”，你永遠無(wú)法完全消除偏斜。即使您抑制了上面列出的所有確定性偏斜源，由于熱噪聲，仍然會(huì )有一定數量的隨機偏斜。盡管您永遠無(wú)法完全消除偏斜，但您可以通過(guò)一些基本的布局指南將其最小化。
玻璃編織： 使用更緊密的編織材料，如散布玻璃；這直接面對纖維編織引起的歪斜。
串擾和寄生：了解導致兩個(gè)互連之間寄生耦合的原因，并規劃布局以減少這種耦合。處理寄生耦合的最簡(jiǎn)單方法是適當的疊層設計，以實(shí)現適當的接地布局。
端接：確保通道以平坦的目標阻抗進(jìn)行端接，達到通道所需的帶寬限制。換句話(huà)說(shuō)，確保通道至少終止于通道的奈奎斯特頻率。
電源完整性：確保需要對高速信號進(jìn)行精確時(shí)序或邊緣速率精確時(shí)序的組件接收穩定的電源。
處理完這些問(wèn)題后，可以應用標準差分或并行總線(xiàn)延遲調整結構來(lái)補償PCB中剩余的偏移，以處理任何長(cháng)度不匹配。此時(shí)，即使互連中存在一些殘余偏斜，大部分偏斜也將得到解決，并且信號仍將在接收器 I/O 處對齊。