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稳健的串扰规划原则

随便问一位硬件设计人员:松散耦合的带状线对跟紧密耦合的带状线对,哪一种会带来更少的通道间差分串扰。99%的人会选择后者。但他们错了。目标阻抗和横切面在超过10Gbps的高速串行连接中,损耗是影响互联设

随意问一位硬件规划人员:松懈耦合的带状线对跟严密耦合的带状线对,哪一种会带来更少的通道间差分串扰。99%的人会挑选后者。但他们错了。

方针阻抗和横切面

在超越10Gbps的高速串行衔接中,损耗是影响互联规划的主要要素。不管介质损耗有多小,导体损耗依然是主导地位。影响导体损耗的仅有规划要素是介质宽度。

这意味着在高速数据通道中,应尽全部或许运用可用的最宽的线。大多数高密度多层板上,在互连线密度或许主板总厚度没有到达可用的约束时,最大可用线宽约为7mils。

假如方针差分阻抗是100 Ohms,线宽是7mils。改变差分对之间的耦合就会改变差分阻抗。差分对之间间隔越小,差分阻抗就越小。 在带状线拓扑结构中,为了补偿这种状况(差分对之间接近而阻抗值变小),电介质层的厚度则会相应的添加。

图一展现了三种不同耦合的100 Ohm差分对的横截面,紧耦合,松耦合,没有耦合。

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图 1. 7 mils宽、 1/2 oz conductors、Dk =4的100 Ohm差分线的截面图

耦合跟边际场散布

在带状线几许结构中,没有远端串扰。当TX跟RX在相邻通道中穿插时,接纳端只对近端串扰灵敏(接纳端只受近端串扰的影响)。如图2所示。

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图 2. 在带状线中, 当RX和TX搅扰源穿插时,仅有近端串扰并且 RX只对近端串扰灵敏.

在带状线中,两对差分对之间的电磁场边际耦合会引起近端串扰。两对差分对之间,边际场越激烈,串扰越大。叠层结构,除了操控差分对的差分阻抗外,也能约束边际场并影响通道间的串扰。

回来层之间的空间越大,边际场延伸到相邻通道上的间隔就越远,通道间的串扰越激烈。层与层之间的空间是影响边际长的主要要素,而不是两线间的耦合。

对严密耦合的一对带状差分线,为了到达100 0hm的阻抗,层与层之间的介质厚度大约为26mils,线宽为7mil,半盎司铜,原料的介电常数为4。假如差分对之间的线宽加倍,假如阻抗依然要求为100 Ohm,介质厚度应该削减到17mils。

松懈耦合的差分对因为层间隔更小(比较于紧耦合),削减了边际场效应和串扰。这便是比较于疏耦合,严密耦合会带来更多通道间串扰的原因。

树立稳健的规划原则:

串扰多大是不能承受的?大部分Spec会要求信噪比在20dB左右。这儿所说的信号指的是在接纳端看到的信号,不选用均衡,接纳端通道中的信号会小到-10dB,在高衰减的通道中,接纳端通道中的信号乃至小到-25dB,假如一切噪声只要通道间串扰,能够承受的信噪比为20 dB。

关于串扰噪声的可承受规范,这儿界说了两种可承受的规范。在一个没有使用均衡技能的通道中, -30 dB的通道间串扰是能够承受的底限;在高衰减的通道中,-45 dB 是能够承受的串扰底限。

带状线两通道之间的近端串扰取决于通道间的间隔巨细。经过一个2D场程序,咱们能够找到规划方案来树立robust规划原则,确保近端串扰低于最大答应值。

归纳各种状况,为了规划100 Ohm的差分阻抗,线宽固定为7mil,铺铜为1/2盎司,介质的介电常数为4.三种耦合方法:紧耦合,疏耦合,不耦合,对应的线宽分别为1倍,2倍,3倍线宽。

假如依据并联线线宽来规划合理的线间隔,咱们能够规划不同的线宽值,只要能满意差分阻抗为100 Ohm即可。

跟着差分对的间隔加大,近端串扰将跟着减小。图3模仿了三种不同差分耦合方法的状况下,差分对之间近端串扰的状况。

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图 3. 模仿的不同耦合方法下的近端差分串扰

上面一幅图协助咱们清晰了robust规划原则,来确保满意-30 dB和-45 dB的串扰要求。

在一个没有均衡技能的途径中,信号能够(衰减)到-10 dB。咱们要求不超越-30 dB或许3%的通道间串扰。当然,假如通道两头都受到其他通道的搅扰,通道间的串扰应该会低于1.5%或许-36 dB.这样他们的总功率会低于3%。

为了使近端差分串扰不超越1.5%,通道间的空间要求,关于一个严密耦合差分对来说应该大于1.5倍线宽,关于松懈耦合来说,应该大于1倍线宽。

在一个高损耗通道中,信号(衰减)能够低至-25 dB,最大可承受的通道间串扰有必要小于-45 dB或0.5%。在最坏的状况下,当传输线路两头都有搅扰源存在时,可承受的最大通道间串扰为-0.25%,或约-50 dB。

从以上的规划曲线来看,针对小于-50 dB近端串扰的合理规划原则,对严密耦合差分对是坚持通道间间隔>4倍线宽,而关于松懈耦合,是坚持的通道间间隔>3倍线宽。

恪守以上的规划原则,能够确保你的产品质量无忧无虑。但假如通道间的空间比以上数值更小,并不意味着你的产品不能作业,仅仅你最好经过自己的剖析来减小失利的危险。

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