Я спробую відповісти на це коротко, але чудовий ресурс для такого типу питань - це сигнал Еріка Богатіна та цілісність потужності - спрощений .
Ви перерахували та описали кілька протоколів дуже високої швидкості, які мають швидкість передачі сигналу у сотнях пікосекундних діапазонів. Це означає, що навіть сліди довжиною всього пару дюймів можна вважати електрично довгими , і що ці канали передачі повинні бути прокладені як лінії електропередачі .
Вміщена дуже, дуже коротко, представляючи лінію передачі з відомим опором до водія високій швидкості (послідовний приймач на вході / виході SerDes) дозволяє передавати дані перетинає цю лінію без deletrious відображень сигналів , які можуть перешкодити успішній комунікації. Це може проявлятися як міжсимвольні перешкоди (ISI), перехресні переговори, додаткові тремтіння, що робить інтерфейс користувача (одиничний інтервал) непридатним та безліч інших ефектів. Нагадаємо, що деякі з цих протоколів (наприклад, PCIe) виштовхують понад 8 ГТ / с над звичайною міддю на недорогих FR-4; для цього дизайнери повинні подбати про те, щоб зробити все можливе, щоб забезпечити якісний канал для передачі даних.
Даний протокол (або специфікація), як правило, перераховує бажаний характеристичний опір . Як приклад, Intel може вимагати, щоб сліди PCI Express для їх платформ Xeon були направлені як "диференційні пари 100 Ом". Це означає, що вони кваліфікували і спроектували свої приймачі PCI Express для очікування 100-омної лінії передачі характеристичного опору для передачі даних. Для USB зазвичай потрібно 90 Ом, RS-422 може бути 120 Ом, а Ethernet - 100 Ом. У цій посаді я не збираюся входити в однокінцеві лінії електропередачі, але, як згадується нижче в коментарях, до приблизного першого порядку ви можете розглядати кожну «половину» структур нижче як половину парного опору.
Тепер, щоб створити структуру лінії електропередачі на звичайній платі FR-4 (щоб зробити цей матеріал доступним!), У нас є кілька варіантів. Для диференціальних слідів у нас є кілька варіантів. Скажімо, ваші сліди знаходяться на верхньому або нижньому шарі - варіант один - це мікросмужка, пов'язана з краєм (картинка, яку я маю, «покрита», де маска припою знаходиться над нею. Технічно є покриття з краєм та з'єднання крайових ребер поверхня для варіантів верхнього / нижнього шару - для дійсно високочастотної роботи радіочастот, навіть наявність пайки-маски може бути проблемою).
Виходячи з відстані до поверхової площини під нею, відстані між двома лініями та ширини кожної лінії, ваша панель друкованих плат може доставити вам структуру, яка представляє цільовий опір.
Тепер, скажімо, ви на внутрішньому шарі. Структура, яка використовується тут, як правило, вбудована мікросмужкою з краєм :
Як і перший, цей також враховує відстань до найближчої опорної площини. Багато дизайнерів висловлюються за те, щоб закопувати свої швидкісні пари на внутрішніх шарах, щоб скористатися «вільним» екрануванням мідних літаків для зменшення випромінюваних викидів. Зсувна смуга зсувної смуги використовується, коли у вас є шар сигналу, просочений між двома площинами:
Щоб отримати ці диференціальні структури , ви звертаєтесь до будинку виготовлення друкованих плат та повідомляєте їм про різні диференційні імпеданси, які ви шукаєте - це частина процесу проектування складання друкованих плат . Будинок виготовлення використовує фактичні матеріали, які вони використовують (які мають різні значення Er) для сердечників і попередньо попередніх матеріалів, і повертається до вас із набором геометрій, який слід дотримуватися у вашому інструменті проектування, наприклад ( не реальних цифрах) "0,2 мм товсті сліди з інтервалом 0,15 мм на шарах 1 і 8 для опору 100 Ом +/- 10% ". Потім ви вводите ці значення в Altium, і він розумно переконається, що при маршрутизації пар ви викликаєте як диференціал, що вони слідують цим геометріям.
Конструюючи, коли ви виготовляєте друковану плату разом із вашим магазином та надсилаєте їм розроблений стек, ці сліди призведуть до бажаного характерного опору. Ви повинні запитати купон на імпеданс , який, як правило, є частиною вашої друкованої плати з зовнішньої частини масиву, де створена дублікатна структура лінії передачі, і використовується TDR (рефлектометр часової області), щоб надати вам фактичну побудований імпеданс. Типова толерантність становить близько 10% .
Узгодження довжини не впливає на диференціальний опір і відрізняється від протоколу до протоколу. Існує перекос внутрішньої пари (P до N) та перекос між парною / міжрядковою (тобто від PCIe Tx Lane від 0 до 1), де останній, як правило, більш толерантний до невідповідності, ніж перший. Це те, що ти, як правило, аналізуєш наприкінці, щоб додати меандричні або змієві маршрути, щоб учасники пари відповідали специфікаціям виробника. Я використовую сценарій, який скидає необмежену чисту довжину в Excel, а потім умовне форматування, щоб повідомити мені про те, як я працюю в специфікаціях зустрічей (дещо відредагований - це дошка з модулем, яка має деяку невідповідність, і друкована плата, яка не відповідає):
Ось приклад налаштування Altium для диференціальних пар 100 Ом на основі рекомендацій мого постачальника:
Ось декілька інших порад, які я підказав на шляху, які можуть допомогти вам не в конкретному порядку:
- Враховуючи відхилення від невідповідності від виробника, починайте його зменшувати, якщо можливо. У такому випадку, як PCI Express, де у вас PC-хост і PCB-несуча, це (свого роду) розбиває допуск між ними.
- При виготовленні дошки з різними опорами використовуйте "D-коди". Використовуйте оголовки або тисячну цифру в ширині слідів, щоб розмежувати різні опори. Наприклад, якби 0,20 мм називали шириною як для 90 Ом, так і для 100 Ом, я зробив би 90 Ом 0.201 мм і 100 Ом 0,202 мм, і додати записку про виготовлення, що пояснює, що я зробив. Потім інженер CAM може легко вибирати пари за допомогою свого програмного забезпечення та робити все, що йому потрібно.
Отже, перед тим, як розпочати наступний проект друкованої плати з протоколами / вимогами, які передбачають різницю маршрутизації трасування:
- Визначте всі різні імпеданси, якими слід керувати, і на яких шарах вони будуть знаходитись (тобто, які ваші шари сигналу).
- Зверніться до вашого виробника з вищевказаною інформацією та попрацюйте з ними, щоб визначити склад для вашого проекту та отримати необхідну геометрію. З іншого боку, як зазначено в коментарях нижче, за допомогою відповідного матеріалу та іншої інформації ваші інструменти EDA можуть надати вам необхідну геометрію.
- Налаштуйте свій інструмент CAD за допомогою відповідних правил на основі цифр із кроку 2.
- Визначте чисті класи для пар і відправте маршрут!
- Використовуйте сценарій або подібне для створення звіту, який показує невідповідність внутрішньої пари / внутрішньої пари та чи є вони в межах специфікації.