Längenangepasste Differentialpaare

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Ich verlege eine Leiterplatte mit einer Ethernet-Verbindung und habe einige Probleme bei der Entscheidung, wie die TX- und RX-Differentialpaare am besten verlegt werden sollen. Ich habe die Impedanzberechnungen durchgeführt, um die für die Differenzimpedanz von 100 Ohm erforderliche Gleisgeometrie herauszufinden, und dies mit dem Board House bestätigt. Ich habe jedoch eine gewisse Längeninkongruenz zwischen den TX + / TX- und RX + / RX- Paaren (ca. 5 mm). Daher verwende ich die "Squiggly-Line-Technik", um die Längenfehlanpassung der Spuren in einem Paar zu minimieren.

Meine Frage ist, ob es eine Faustregel oder eine genaue Berechnung gibt, um die schnörkellose Liniengeometrie herauszufinden. Um zu veranschaulichen, was ich meine, werfen Sie einen Blick auf den Anhang - ich habe ein Paar mit "losen" Schnörkeln (im Bild mit 1 gekennzeichnet) und ein weiteres Paar mit "engen" Schnörkeln (im Bild mit 2 gekennzeichnet) geroutet. Welches ist besser und spielt es überhaupt eine Rolle? Mein Anliegen bei den "engen Kringeln" ist die Verschlechterung der Signalqualität aufgrund von Reflexionen, da die Kringel nahe an 90-Grad-Winkeln liegen, von denen die meisten App-Notizen dringend abraten. Die "losen Kringel" nehmen dagegen mehr Platz ein und verschlechtere daher meine Differenzimpedanz?

Danke und schöne Ferien! -Igor

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IgorEE
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Ich bin mir nicht sicher, wo Sie gelesen haben, dass das Kringeldesign für diesen Zweck verwendet wird, dh die Pfadlängenanpassung. Soweit ich weiß, ist der einzige Ort, an dem ein Kringel (wie der von Ihnen gezeichnete) absichtlich in RFID-Kringelantennen verwendet wird . und du willst wahrscheinlich keine davon auf deinem Board bauen!

Unten finden Sie ein Beispiel für die Pfadlängenanpassung aus einem Buch, das ich gelesen habe (Jacob et al. Memory Systems ). Es gibt dort ein oder zwei schnörkellos aussehende Pfade, aber höchstens ein oder zwei Perioden. Das dort gezeigte Muster scheint eine hohe Amplitude des "Kringels" zu bevorzugen, so dass es eine geringe Anzahl von Perioden / Wiederholungen aufweist. Die meisten anderen dort gezeigten Routen werden auf irgendeine Weise verlängert, jedoch nicht durch Kringel. Die dort am häufigsten verwendete Verlängerungsmethode scheint darin zu bestehen, fünfeckige Wenden zu machen (ein Begriff, den ich gerade erfunden habe, weil ich keinen etablierten kenne), so dass eine äußere Polylinie natürlich länger ist als eine innere. Ich weiß nicht, mit welcher Software diese Designs erstellt werden (aber das ist eine gute Frage).

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Nach mehr Suche scheint es, dass ein Handelsbegriff für die Kringel, wenn er auf die Spurlängenanpassung angewendet wird, "Serpentinen-Spuren" ist.

Und ich habe einen Artikel gefunden, in dem diese diskutiert wurden: Eine neue Sichtweise auf Matching-Length-Routing von Barry Olney ... Nun, in dem Artikel geht es eigentlich darum, eine Alternative zu Serpentinen vorzuschlagen , aber es gibt einige Hintergrundinformationen, bevor es zum Vergleich kommt. Es scheint mir jedoch, dass die in diesem Artikel gezeigten sehr langen Serpentinen zu Demonstrations- / Kontrastzwecken dienen. Ich habe in meinem Computerleben (in mehr als 20 Jahren) mindestens zwei Dutzend Netzwerkkartenmodelle aus nächster Nähe gesehen, und ich kann mich nicht erinnern, auf einer ihrer Leiterplatten einen ausgeprägten Kringel wie Ihren (oder den in diesem Artikel) bemerkt zu haben ... Jetzt Möglicherweise war es in den inneren Schichten (auf den wenigen Brettern mit mehr als zwei) vorhanden, wo es nicht sichtbar war. Einige Karten leiten ihre Differenzsignale als Mikrostreifen auf die inneren Schichten.

Mit dieser Serpentinenterminologie stellte sich heraus, dass es sich um ein Standardlehrbuch handelt. Thieraufs Buch " Understanding Signal Integrity " enthält einige Seiten dazu. Alternative Begriffe sind (gemäß diesem Lehrbuch): "Mäander- oder Posaunenspuren". Wenn ich das richtig verstehe, muss die Anzahl der Perioden minimiert werden, da jede zu einer leiterartigen Wellenform beiträgt, die durch Übersprechen zwischen den Wenden erzeugt wird, wie unten aus dem oben genannten Lehrbuch extrahiert. Dies ist leider eine rein theoretische Analyse. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein.

Das Buch sagt auch, dass dies nur eine Näherungslösung ist und dass ein "3D-Feldlöser" benötigt wird, um das reale Verhalten vollständig zu simulieren. Beispielsweise breitet sich das Signal in einer Serpentine tatsächlich schneller aus, als es die 2D-Spurenlänge anzeigen würde. Ich habe die Empfehlung, die das Buch aus dieser Grafik ziehen würde, richtig verstanden. Zitat unten:

Da die maximal gekoppelte Spannung mit der Anzahl der Segmente im Serpentin wächst, ist es beim Auslegen eines Serpentins am besten, weniger lange Segmente anstelle einer größeren Anzahl kurzer Segmente zu verwenden. Weniger Segmente bedeuten auch weniger Ecken und weniger Unsicherheit in Bezug auf Timing und Impedanz. Aus diesen Gründen sollten die Segmente lang sein (typischerweise größer als die Signalanstiegszeit) und nur wenige. Da das Übersprechen zunimmt, wenn die Spuren dicht zusammengepackt sind, kann die Leiter durch Verringern des Abstands zwischen den Segmenten verringert werden.

Schließlich erwähnt das Buch auch das Platzieren einer geerdeten Schutzspur zwischen Segmenten in einer Serpentine, um die durch Übersprechen verursachte Leiterbildung (weiter) zu verringern. Das Buch listet / zitiert auch einige ausführlichere Artikel zu dieser Serpentinenausgabe:

  • Wu, R. und F. Chao, "Laddering Wave in Serpentine Delay Line", IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, Teil B, Vol. 3, No. 4, November 1995, S. 644–650.
  • Rubin, BJ und B. Singh, "Study of Meander Line Delay in Circuit Boards", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 9, September 2000, S. 1452–1460.
  • Orhanovic, N., et al., "Charakterisierung von Mikrostreifenmäandern in Leiterplattenverbindungen", Proceedings 50. IEEE Electronic Components and Technology Conference, Las Vegas, NV, 21.-24. Mai 2000, S. 508–512.
  • Shiue, G., et al., "Verbesserungen der Zeitbereichsübertragungswellenform in der Serpentinenverzögerungslinie mit Schutzspuren", IEEE Internationales Symposium für elektromagnetische Verträglichkeit, EMC 2007, Honolulu, HI, 9.-13. Juli 2007, S. 1 –5.
  • Nara, S. und K. Koshiji, „Studie über Verzögerungszeitmerkmale mehrschichtiger hypergeschützter Mäanderlinien“, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 2006, Vol. 3, Portland, OR, 14. bis 18. August 2006, S. 760–763.

Praktischer gesagt , NXP verfügt über eine App-Hinweis- Richtlinien für das DisplayPort-Leiterplattenlayout (AN10798), die verschiedene Aspekte der Berechnung der Ablaufverfolgungslänge auf den Seiten 4 bis 6 behandelt. Sie empfehlen das unten gezeigte Serpentinen-Design, das auch andere Regeln befolgt, z. B. nicht zu viel Abstand zwischen Differentialpaaren zuzulassen.

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Fizz
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Danke Respawned Fluff. Ich bin diesen Serpentinen-Spuren ziemlich oft begegnet, besonders wenn man sich die Verbindungen zwischen einer CPU und einem Speicher ansieht. Mein besonderes Anliegen sind Ethernet-Traces, die ich route. Ich habe 50 mm Spuren und die Paare stimmen um 5 mm nicht überein (dh 5 mm Längenunterschied zwischen TX + und TX- aufgrund der Verlegung um den RJ45-Anschluss). Meinst du, ich sollte mich überhaupt mit Serpentinen beschäftigen oder einfach als Differentialpaare geradeaus fahren, da die Längenfehlanpassung höchstens 5 mm beträgt?
IgorEE
Nun, Sie sagen nicht einmal, welche Ethernet-Geschwindigkeit (100 Mbit / s, 1 Gbit / s; ich nehme an, es sind keine 10 Gbit / s, weil Sie RJ45 erwähnt haben). Es gibt (teure!) Kommerzielle Simulatoren wie HyperLynx, die solche Fragen detailliert beantworten können. Ich habe keine Ethernet-Karten persönlich entworfen, daher kann ich das nicht auf den ersten Blick sagen. Unter der Annahme, dass dies 1 Gbit / s ist, können Sie wahrscheinlich vom Intel-Design lernen, z. B. intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/design-guides/… Ein kurzer Blick auf diese 5 mm klingt nach viel sollte wohl kompensieren.
Fizz
Tut mir leid, es ist 100 Mbit / s Ethernet, also vielleicht sind 5 mm nicht schlecht? Ich werde mir das Intel-Design ansehen.
IgorEE
Möglicherweise. Intel sagt, dass MDI-Paare innerhalb von 30 Mil bei Gigabit übereinstimmen sollen. Ich nehme an, 300 mil (= 7,62 mm) wären bei 100 Mbit / s in Ordnung. aber ich könnte mich irren. Es ist auch nicht sehr klar, ob es sich um eine Längenanpassung innerhalb von Paaren oder zwischen Paaren handelt. Letzteres ist weniger kritisch; Selbst bei Gigabit erlaubt Intel eine Abweichung von zwei Zoll zwischen Paaren (aber nur 30 mil innerhalb von Paaren). Sie sagen auch, Serpentinen für MDI zu vermeiden (während sie sie für PCIe zulassen), weil EMI erhöht ist (mit angeschlossenem Kabel) und interessanterweise auch, weil Serpentinen die ESD-Immunität verringern.
Fizz
Die Nichtübereinstimmung liegt innerhalb von Paaren. Mir ist bewusst, dass die Nichtübereinstimmung zwischen den beiden Paaren nicht so kritisch ist. Ich habe mir gerade das Routing des raspberryPi-Modells B + angesehen, da dies ein Design ist, das ich lose kopiere, und sie haben auch Serpentinen auf den Ethernet-Linien wie auf meinem Design oben, daher denke ich, dass die Längenanpassung neben der Wartung auch wichtig ist Differenzimpedanz. Ich hatte gehofft, dass es eine Faustregel für das Design der Serpentinenform geben würde, aber anscheinend gibt es neben dem oben erwähnten Vergleich von engen und losen Serpentinen keine Regel, und es scheint, als wäre ein richtiger EM-Löser ...
IgorEE
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Ihre größere Sorge bei engen Schnörkeln ist, dass ein Teil Ihres Signals durch sie hindurch gekoppelt werden kann und früher als Sie denken auf der anderen Seite herauskommt. Verwenden Sie am besten größer wie Ihre erste Zeichnung.

Halten Sie die Schnörkel auch in der Nähe Ihres Senders, Empfängers oder Anschlusses. Möglicherweise weniger als 1/4 Wellenlänge des höchsten interessierenden Frequenzinhalts von Ihrem Sender entfernt. Am besten Diskontinuitäten zusammenfassen.

Irgendein Hardware-Typ
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