Cálculo da tolerância do comprimento do traço - Projeto de PCB de alta velocidade

Eu tenho que fazer interface com um conversor de formato de vídeo com um ADC IC, que converte dados analógicos RGB em digitais. A conexão entre este ADC e o conversor é um barramento de dados de 20 bits com clock de cerca de 170 MHz. Como tenho as restrições da área de PCB, não posso corresponder perfeitamente ao comprimento do rastreamento desse barramento de dados. Ouvi dizer que existem tolerâncias de comprimento de rastreio correspondentes, dependendo da frequência, para que não danifiquem a aquisição do sinal pelo destino.

Minha pergunta é como calcular tolerâncias de comprimento de rastreamento em um design de PCB de alta velocidade? (no roteamento de pares diferenciais e no barramento de dados de alta velocidade)

— Thilina S. Ambagahawaththa
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Geralmente, existem diretrizes de layout publicadas pelos vários fornecedores de chips. Caso contrário, pode haver configuração e tempo de espera listados. Você menciona pares diferenciais. O diferencial do barramento de dados de 20 bits?

— Mkith4

Não, não é um barramento de dados diferencial. Folha de dados mencionada apenas sobre a velocidade do barramento, para manter o traçado mais curto e os comprimentos a serem correspondidos.

— Thilina S. Ambagahawaththa 04/04

Respostas:

A correspondência de comprimento é sobre o tempo; portanto, se você quiser saber o quão rigorosamente deve ser o comprimento, deve entender o orçamento de tempo para sua interface. Os sinais deixarão sua fonte e chegarão ao seu destino com algum relacionamento de tempo. Seu receptor requer uma certa relação de tempo entre o relógio e os dados para garantir que funcione corretamente. Isso geralmente é definido como tempo de configuração e espera, ou quanto tempo antes do limite do relógio seus dados precisam ser válidos e quanto tempo depois deve permanecer válido.

Há várias coisas em um sistema que consomem esse orçamento, uma das quais será o seu roteamento. Às vezes, um fabricante informa essas informações, outras vezes você deve derivá-las dos dados de tempo de entrada e saída do seu transmissor e receptor. Claro que é fácil dizer bem, eu devo combinar exatamente, porque então você não precisa pensar nisso :)

Mas vamos pensar por um minuto. Você tem um sinal de 170Mhz? Esse é um período de 5.882ns. O que aconteceria se você direcionasse todos os seus dados para uma polegada do relógio. Qual seria a pior diferença de tempo possível? Tempo de propagação para um rastreamento da camada superior, uma micro-faixa é de cerca de 150ps / pol. Portanto, uma diferença de 1 polegada distorcerá um sinal de dados do relógio +/- 150ps. Isso não é realmente ruim, considerando o seu período de relógio de 5.882ns. De fato, 170Mhz não são tão rápidos assim.

Se você entendeu a inclinação da saída do seu transmissor e os tempos de configuração e espera do seu receptor, poderia criar um número para o atraso de roteamento aceitável. Claro que existem outros fatores, instabilidade do relógio, ISI, etc., mas isso deve lhe dar uma boa idéia do que você pode fazer.

— Um cara de hardware
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Muito conciso, eu gosto da resposta. No entanto, estou curioso (por favor, tenha paciência comigo): a capacitância na linha piora ainda mais o desempenho à medida que a distância é adicionada, ou esse é seu próprio problema, mais ou menos não relacionado.

— Mcmiln #

A capacitância já é contabilizada no atraso de propagação. Para não ficar muito profundo, mas o atraso de propagação por unidade de comprimento (digamos 1 polegada) é sqrt (Lo * Co), onde Lo é a indutância por unidade de comprimento e Co é a capacitância por unidade de comprimento (pense novamente em capacitância e indutância por polegada, por exemplo Quando você adiciona mais traços, você não está apenas adicionando capacitância. Agora existem outros efeitos que podem afetar seu tempo de subida, como a capacitância de entrada do seu receptor, conectores ou vias. Em seguida, há perdas por outros motivos em alta velocidade, mas provavelmente não algo que você precisa

— Alguns Hardware Guy

se preocupar com 170MHz.

— Some Hardware Guy

Ótimo, obrigado. Muito o que brincar lá.

— Mcmiln

Na ausência de uma especificação para o padrão de barramento ou o tempo do receptor, você pode aplicar uma regra geral, como manter a inclinação para menos de 5% do período do relógio. Os sinais em uma placa de circuito impresso FR4 viajam a aproximadamente metade da velocidade da luz, portanto, você deseja que o traço mais longo não seja 44 mm mais longo que o traço mais curto. Não é muito complicado. De preferência, a duração do rastreamento do relógio deve estar algures no meio.

Aliás, a integridade do sinal analógico pode ser um problema maior do que o digital neste design. Você deve tomar cuidado para não acoplar ruídos de comutação das linhas digitais nos sinais de entrada analógicos. Leia as dicas de Henry Ott (particularmente os itens 4, 8, 9, 10, 17) e, de preferência, compre o livro dele.

— pericynthion
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