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解决高速PCB中的偏移源
解决高速PCB中的偏移源
有时，当我们谈论偏斜时，我们并没有像我们应该的那样具体。大多数关于歪斜和抖动的讨论都涉及布线期间产生的歪斜类型，即由于差分对中的长度不匹配和光纤编织引起的歪斜。事实上，有许多不同的歪斜来源会导致互连上的总抖动，在需要精确时序控制的串行和并行总线中量化这些歪斜很重要。
如果您编译一个歪斜源列表，您会发现纤维编织引起的歪斜只是一长串歪斜源中的一个条目。我们将在下面查看可能的偏差源列表，并了解它们如何影响您的PCB的操作。从下面的列表中，我们将看到，通过注意PCB基板中的纤维编织结构，并不能简单地解决其中一些与歪斜有关的问题。
偏斜的来源
这里要注意的第一点是抖动和歪斜之间的区别，以及随机和确定性抖动/歪斜之间的区别。可能我见过的最好的歪斜定义来自 Steve Corrigan 撰写的旧德州仪器应用笔记。在本应用笔记中，Steve 将抖动描述为“所有偏差的总和”。这应该说明为什么有些作者有时会交替使用“jitter”和“skew”（我自己错误地这样做了）。JEDEC 对抖动和偏斜有自己的定义。
无论您使用哪个术语，有时“抖动”和随机偏斜之间存在关联，而“偏斜”一词将用于指代伪随机或确定性偏斜。实际上，随机偏差只有一个来源：热噪声。构成所有物质的原子和分子的随机运动确实会导致电子电路中的噪声，但它只在高精度的低水平测量中很重要。在大多数应用程序中，您需要担心的偏差源是确定性的，并且可以链接回根本原因。
下表显示了 PCB 中可能出现的偏差源列表，以及每个出现的位置的简要说明。
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纤维编织引起的歪斜 |
由于PCB基板材料的构造周期性地不均匀和各向异性。优选机械铺展的玻璃织物以减少这种情况。 |
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周期性偏斜 |
由系统中其他来源引起的周期性噪声引起，例如高速 I/O 切换引起的电源轨噪声。 |
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有界不相关偏斜 |
串扰引起的；这种偏差与受害互连上的活动无关，因此它看起来是随机的。 |
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占空比失真 |
这可能是另一个噪声源的副作用。它指的是开关阈值或逻辑阈值偏离其理想值的情况，这会取代脉冲串的上升沿。 |
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符号间干扰 |
由接收器测量的反射和随后的干扰引起；反射符号可以在所有后续符号上创建一个早期或晚期上升沿。 |
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数据相关脉宽调制 |
这是高速通道中带宽限制特性的副作用（例如，损耗或终端的分散、寄生电容） |
这张表有很多事情要做；我们有多个歪斜来源与纤维编织效果无关，无法通过应用长度匹配来解决！但是，如果您查看第一行下方，我们会看到这些偏斜的大部分来源出现在系统级别，这是由于系统中不同功能块之间或芯片和电路板之间的一些相互作用。
你能消除所有偏斜吗？
不幸的是，答案是“不”，你永远无法完全消除偏斜。即使您抑制了上面列出的所有确定性偏斜源，由于热噪声，仍然会有一定数量的随机偏斜。尽管您永远无法完全消除偏斜，但您可以通过一些基本的布局指南将其最小化。
玻璃编织： 使用更紧密的编织材料，如散布玻璃；这直接面对纤维编织引起的歪斜。
串扰和寄生：了解导致两个互连之间寄生耦合的原因，并规划布局以减少这种耦合。处理寄生耦合的最简单方法是适当的叠层设计，以实现适当的接地布局。
端接：确保通道以平坦的目标阻抗进行端接，达到通道所需的带宽限制。换句话说，确保通道至少终止于通道的奈奎斯特频率。
电源完整性：确保需要对高速信号进行精确时序或边缘速率精确时序的组件接收稳定的电源。
处理完这些问题后，可以应用标准差分或并行总线延迟调整结构来补偿PCB中剩余的偏移，以处理任何长度不匹配。此时，即使互连中存在一些残余偏斜，大部分偏斜也将得到解决，并且信号仍将在接收器 I/O 处对齐。