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,我強調(diào)了過度均衡一個信號導(dǎo)致的問題。在本文中,我想探討另一種常見的信號完整性問題: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阻抗中的任何變化所產(chǎn)生的反射。本質(zhì)上講,當交流(AC)信號在傳輸線向下行進時遭遇阻抗變化時,一些信號被反射回發(fā)射機,而該信號的其余部分將繼續(xù)射向接收器。信號經(jīng)歷的阻抗變化越大,反射越大,從而造成更多的信號失真。

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,并不總是那么明顯。一個非常有用的做法是檢查PCB布局或系統(tǒng)圖,以快速識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,您應(yīng)該跟蹤從源到接收器的信號,尋找任何違反表1所列指南的行為,以及我接下來會討論的故障點。

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)體整個長度的相同距離

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)生違反這些準則的常見區(qū)域:

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

· 導(dǎo)通孔,您必須對此格外小心,以確保當傳輸線路信號導(dǎo)通孔經(jīng)過PCB層時,看到一個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。

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

可執(zhí)行項:

不可執(zhí)行項:

圖1:BGA布線規(guī)則

從頂部開始,圖1中的首個規(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。第二個規(guī)則組合突出顯示一個名為頸縮的常用技術(shù),其中,有時有必要在BGA設(shè)備下方傳送信號時使用較小的導(dǎo)線寬度。始終對稱地執(zhí)行頸縮行為,其中頸縮長度等于差分對的兩條導(dǎo)線長度。

圖1中的第三對組合所示為確保信號導(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”圖形顯示與信號導(dǎo)通孔相鄰布置的四個接地導(dǎo)通孔陣列。這使得信號在穿過PCB其它層時可看到一個恒定接地參考。并不總是每次都需要使用4個接地通孔。多數(shù)情況下,兩個接地導(dǎo)通孔已足夠。一定要進行模擬,以驗證系統(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,尋找的一個重點項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,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,您需要進行調(diào)查!

圖2所示為運行到一個串聯(lián)式器件(此情況下為一對交流耦合電容器)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。同時圖4所示為頂部蝕刻和接地層。