Перейти к содержанию

Выравнивание длин (length matching)

Если один проводник дифференциальной пары длиннее другого на несколько миллиметров, его сигнал опоздает на десятки пикосекунд, и на гигабитных скоростях это заметно. Поэтому короткую трассу искусственно удлиняют змейкой — меандром — до длины соседней.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Выравнивание длин (length matching) — приём трассировки печатной платы, при котором более короткую трассу намеренно удлиняют, чтобы сигналы нескольких проводников приходили к приёмнику одновременно. Удлинение делают змейкой — меандром. Задача — убрать перекос, который вносит разница длин.

Зачем

Сигнал в линии на FR-4 идёт с конечной скоростью. В примере TI из SCAA082 микрополосковая линия шириной 0,5 мм на FR-4 с εr = 4,6 задерживает его на 581,7 пс на 100 мм, полосковая внутри платы — на 715,3 пс. Это около 6–7 пс на каждый миллиметр разницы длин. Для дифференциальной пары такой перекос превращает часть полезного сигнала в синфазную помеху, для параллельной шины — сужает окно, в котором все биты действительны. Посчитать задержку и перекос для своих трасс можно в калькуляторе задержки трассы.

Правила из SPRAAR7

  • Выравнивают внутри пары: длины проводников P и N должны совпадать. Длины разных пар — передающей и приёмной — совпадать не обязаны.
  • Меандр ставят ближе к месту рассогласования, а не где удобно.
  • Допуски берут из требований интерфейса. Пример из приложения A SPRAAR7: внутри пары USB 3, SATA или PCIe — до 5 mil (0,127 мм), внутри пары USB 2.0 — до 50 mil (1,27 мм), между всеми парами PCIe одного направления — до 550 mil.

Ограничения

Выравнивание длин устраняет только ту часть перекоса, которую даёт геометрия. Даже идеально равные по длине проводники могут иметь разную задержку из-за эффекта стеклоткани: стекловолокно и смола основания имеют разную проницаемость. Импеданс и эффективную проницаемость линии считают в калькуляторе микрополоска.

Частые вопросы

Сколько перекоса даёт миллиметр разницы длин?

По примеру TI из SCAA082 микрополосковая линия на FR-4 задерживает сигнал примерно на 5,8 пс на миллиметр, полосковая внутри платы — на 7,2 пс на миллиметр. Значит, 1 мм разницы — около 6–7 пс перекоса. Допуск 5 mil (0,127 мм) для пары USB 3 соответствует меньше чем одной пикосекунде.

Где ставить меандр в дифференциальной паре?

TI в SPRAAR7 советует компенсировать рассогласование как можно ближе к тому концу, где оно возникло, — например, сразу после поворота или выхода из-под BGA. Тогда сигналы пары идут синхронно на большей части пути, и синфазная составляющая не успевает накопиться.

Нужно ли выравнивать длины для I2C, SPI или UART?

Обычно нет. При частотах в единицы мегагерц и фронтах в наносекунды разница длин в сантиметры даёт перекос от десятков до пары сотен пикосекунд, что пренебрежимо мало по сравнению с периодом и временем предустановки. Выравнивание нужно там, где окно данных измеряется сотнями пикосекунд: USB, PCIe, Ethernet, DDR, HDMI.

Источники

  1. Texas Instruments. SPRAAR7J: High-Speed Interface Layout Guidelines (November 2018, revised February 2023) — разд. 2.3: длины проводников внутри каждой дифференциальной пары выравнивают, длины разных пар (передающей и приёмной) совпадать не обязаны; меандр для выравнивания ставят как можно ближе к концу, где возникло рассогласование, рис. 2-5; приложение A, пример требований: перекос внутри пары USB 3/SATA/PCIe — до 5 mil, внутри пары USB 2.0 — до 50 mil, между всеми парами PCIe RX или TX — до 550 mil
  2. Texas Instruments. SCAA082A: High-Speed Layout Guidelines (November 2006, revised August 2017) — разд. 1.3.1.1, табл. 2: FR-4, εr = 4,6, высота 1,5 мм, медь 35 мкм: микрополосок шириной 0,5 мм — εэфф 3,046, задержка 581,7 пс на 100 мм; шириной 1 мм — 593,1 пс; полосковая линия — 715,3 пс на 100 мм; разд. 2.6: для малого перекоса тактов все линии раздачи делают одной длины

Нашли ошибку?

Смотрите также