眼圖專家：反射以及如何在高速系統(tǒng)處理反射

2017-04-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

歡迎回到“眼圖醫(yī)生”系列!在第一部分中,我強(qiáng)調(diào)了過度均衡一個(gè)信號(hào)導(dǎo)致的問題。在本文中,我想探討另一種常見的信號(hào)完整性問題:反射以及減輕反射的常見方式。

傳輸線理論告訴我們,源輸出直至接收組件輸入之間可能遇到的信號(hào)阻抗中的任何變化所產(chǎn)生的反射。本質(zhì)上講,當(dāng)交流(AC)信號(hào)在傳輸線向下行進(jìn)時(shí)遭遇阻抗變化時(shí),一些信號(hào)被反射回發(fā)射機(jī),而該信號(hào)的其余部分將繼續(xù)射向接收器。信號(hào)經(jīng)歷的阻抗變化越大,反射越大,從而造成更多的信號(hào)失真。

阻抗變化受下列變化影響:導(dǎo)線寬度、相鄰的導(dǎo)線和器件之間的間距,以及距參考平面的距離。然而,印刷電路板(PCB)發(fā)生這些阻抗的變化時(shí),并不總是那么明顯。一個(gè)非常有用的做法是檢查PCB布局或系統(tǒng)圖,以快速識(shí)別可能通過模擬需要多次分析的任何問題區(qū)域。執(zhí)行這類檢查時(shí),您應(yīng)該跟蹤從源到接收器的信號(hào),尋找任何違反表1所列指南的行為,以及我接下來會(huì)討論的故障點(diǎn)。

單端型	差分型
導(dǎo)線寬度必須是常量	差分導(dǎo)線間距(耦合)和導(dǎo)線寬度必須是常量
導(dǎo)線和其他器件和導(dǎo)線之間的間距應(yīng)至少三倍于導(dǎo)線寬度
恒定參考平面必須存在于導(dǎo)體整個(gè)長(zhǎng)度的相同距離

表1:最大限度減少反射的檢查指南

并非每次都必須遵守表1中有關(guān)傳輸線的指南。以下為可能發(fā)生違反這些準(zhǔn)則的常見區(qū)域:

· 球柵陣列(BGA)走線——尤其針對(duì)通向內(nèi)部行/列的多輸入/輸出(I/ O)器件。

· 導(dǎo)通孔,您必須對(duì)此格外小心,以確保當(dāng)傳輸線路信號(hào)導(dǎo)通孔經(jīng)過PCB層時(shí),看到一個(gè)恒定的固定參考平面。

· 在線器件和連接器。器件和連接器的印刷電路板(PCB)封裝與將它們相連的傳輸線封裝相比,通常具有不同尺寸,這導(dǎo)致阻抗變化,從而造成反射變化。

當(dāng)通向BGA器件或從BGA器件走線時(shí),通過管理走線寬度和相鄰的導(dǎo)通孔或焊盤的間距,來保持一個(gè)恒定阻抗。圖1所示為從DS125DF1610 16通道12.5Gbps重定時(shí)器數(shù)據(jù)表(一個(gè)196引腳數(shù)BGA器件)中摘錄的一些常用注意事項(xiàng)。

可執(zhí)行項(xiàng):

不可執(zhí)行項(xiàng):

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圖1:BGA布線規(guī)則

從頂部開始,圖1中的首個(gè)規(guī)則組合向您展示如何正確地管理內(nèi)部BGA行和列的差分走線收集集和布線。第二個(gè)規(guī)則組合突出顯示一個(gè)名為頸縮的常用技術(shù),其中,有時(shí)有必要在BGA設(shè)備下方傳送信號(hào)時(shí)使用較小的導(dǎo)線寬度。始終對(duì)稱地執(zhí)行頸縮行為,其中頸縮長(zhǎng)度等于差分對(duì)的兩條導(dǎo)線長(zhǎng)度。

圖1中的第三對(duì)組合所示為確保信號(hào)導(dǎo)通孔具有恒定參照平面的一種可能方法。這種情況下,“可執(zhí)行事項(xiàng)”圖形顯示與信號(hào)導(dǎo)通孔相鄰布置的四個(gè)接地導(dǎo)通孔陣列。這使得信號(hào)在穿過PCB其它層時(shí)可看到一個(gè)恒定接地參考。并不總是每次都需要使用4個(gè)接地通孔。多數(shù)情況下,兩個(gè)接地導(dǎo)通孔已足夠。一定要進(jìn)行模擬,以驗(yàn)證系統(tǒng)的需求。

管理在線器件和連接器封裝焊盤的阻抗非常重要。檢查過程中,尋找的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目是封裝焊盤在參考平面中是否存在任何缺口或空隙。空隙或缺口可能每次并非必需項(xiàng),但若您看到傳輸線的導(dǎo)線寬度與器件焊盤之間存在顯著區(qū)別時(shí),您需要進(jìn)行調(diào)查!

圖2所示為運(yùn)行到一個(gè)串聯(lián)式器件(此情況下為一對(duì)交流耦合電容器)的導(dǎo)線示例。圖3所示為此導(dǎo)線下方的接地層。注意器件焊盤下方的缺口,這有助于使阻抗更靠近傳輸線,以減少反射。同時(shí)圖4所示為頂部蝕刻和接地層。