长度匹配差分对

电器工程 以太网 微分 路由 受控阻抗 蛇形迹
2022-01-21 09:19:41

我正在使用以太网连接路由 PCB,在决定如何最好地路由 TX 和 RX 差分对时遇到了一些麻烦。我已经完成了阻抗计算,以确定 100 欧姆差分阻抗所需的轨道几何形状,并与电路板房确认。但是,TX+/TX- 和 RX+/RX- 对之间的长度有点不匹配(大约 5 毫米)。因此,我采用“波浪线技术”来最大限度地减少一对走线的长度不匹配。

我的问题是是否有经验法则或精确计算来计算波浪线几何形状?为了说明我的意思,请查看附件 - 我已经路由了一对带有“松散”曲线(在图像中标记为 1.)和另一对带有“紧”曲线(在图像中标记为 2)。哪个更好,这有关系吗?我对“紧密曲线”的担忧是由于反射导致信号质量下降,因为曲线接近 90 度角,大多数应用笔记强烈建议不要这样做。另一方面,“松散的曲线”占用更多空间,因此我是否会降低差分阻抗?

谢谢,节日快乐!-伊戈尔

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2个回答

我不确定您在哪里读到曲线设计用于此目的,即路径长度匹配。从我能找到的唯一一个地方,在RFID 波浪形天线中故意使用波浪线(就像你画的那个)而且您可能不想在您的板上构建其中一个!

下面是我读过的一本书(Jacob et al. Memory Systems)中路径长度匹配的示例。那里有一两条弯弯曲曲的路径,但最多只有一两个句点。那里显示的模式似乎更喜欢“曲线”的高幅度,因此它的周期/重复次数较少。那里显示的大多数其他路线都以某种方式加长,但不是通过曲线。那里使用的最常见的延长方法似乎是制作五边形 U 形转弯(这是我刚刚编造的一个术语,因为我不知道已建立的一个),因此外部多段线自然比内部多段线长。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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经过更多搜索,当应用于迹线长度匹配时,波浪线的一个贸易术语似乎是“蛇形迹线”。

我找到了一篇讨论这些问题的文章: Barry Olney的 A New Slant on Matched-Length Routing ……嗯,这篇文章实际上是关于提出蛇形的替代方案,但在进行比较之前它确实有一些背景。然而,在我看来,那篇文章中显示的非常长的蛇形是用于演示/对比目的。在我的计算生涯(20 多年内)中,我已经看到至少有两打网卡模型密切相关,我不记得在他们的任何 PCB 上注意到像你的(或那篇文章中的那个)这样明显的曲线......现在它可能存在于不可见的内层(在少数几个有两个以上的板上)。一些卡确实将它们的差分信号路由在内层,带状线上。

有了这个曲折的术语,事实证明它们是标准的教科书主题。Thierauf 的理解信号完整性这本书有几页。替代术语是(根据该教科书):“曲折或长号痕迹”。如果我做对了,周期数将被最小化,因为每个周期都会导致 U 形转弯之间的串扰产生的梯形波形,如下面的上述教科书摘录。这是一个纯粹的理论分析。在此处输入图像描述.

这本书还说这只是一个近似的解决方案,需要一个“3D 场求解器”来完全模拟真实行为;例如,信号实际上在蛇形中的传播速度比 2D 走线长度所指示的要快。我正确地直觉了这本书将从该图表中得出的建议;在下面引用它:

因为最大耦合电压随着蛇形管中的段数而增长,所以在布置蛇形管时,最好使用较少数量的长段而不是更多数量的短段。更少的段也意味着更少的拐角和更少的时序和阻抗不确定性。由于这些原因,段应该很长(通常大于信号上升时间)并且数量很少。此外,由于随着迹线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隔来减少梯形。

最后,该书还提到在蛇形线段之间放置接地保护走线,以(进一步)减少由串扰引起的阶梯。这本书还列出/引用了一些关于这个蛇形问题的更深入的论文:

  • Wu, R. 和 F. Chao,“蛇形延迟线中的梯形波”,IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology,B 部分,Vol。18,第 4 期,1995 年 11 月,第 644-650 页。
  • Rubin, BJ 和 B. Singh,“电路板曲折线延迟研究”,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Vol。48,第 9 期,2000 年 9 月,第 1452-1460 页。
  • Orhanovic, N. 等人,“PCB 互连中微带曲折的表征”,第 50 届 IEEE 电子元件和技术会议论文集,内华达州拉斯维加斯,2000 年 5 月 21-24 日,第 508-512 页。
  • Shiue, G., et al., “Improvments of Time-Domain Transmission Waveform in Serpentine Delay Line with Guard Traces”,IEEE 国际电磁兼容性研讨会,EMC 2007,夏威夷州檀香山,2007 年 7 月 9-13 日,第 1 页–5。
  • Nara, S. 和 K. Koshiji,“多层超屏蔽曲折线的延迟时间特性研究”,IEEE 国际电磁兼容性研讨会,EMC 2006,卷。3,俄勒冈州波特兰市,2006 年 8 月 14-18 日,第 760-763 页。

在更实用的说明中,NXP 有一个应用说明DisplayPort PCB 布局指南(AN10798),它在第 4-6 页涉及跟踪长度数学的几个方面。他们推荐下图所示的蛇形设计,它也遵守其他规则,例如不允许差分对之间的距离过大。

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您对紧密曲线的更大担忧是,您的部分信号可以直接通过它们耦合,并最终比您想象的更快地从另一侧出来。最好像你的第一张图那样使用更大的。

还要让曲线靠近您的发射器、接收器或连接器。距离您的发射机的感兴趣的最高频率内容的波长可能不到 1/4 波长。最好将不连续性集中在一起。