Перейти к содержанию

Перекос (skew)

Два сигнала вышли из одной микросхемы одновременно, а к приёмнику пришли с разницей в наносекунду: разные выходы, разные трассы, разная нагрузка. Эту разницу называют перекосом, и в быстрых схемах она съедает запас по времени так же, как задержка или джиттер.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Перекос (skew) — разница во времени прихода фронтов сигналов, которые по замыслу должны переключаться одновременно: тактов на разных микросхемах, битов параллельной шины, двух проводников дифференциальной пары. В отличие от задержки распространения, важна не абсолютная задержка, а её разброс между сигналами.

Виды перекоса в даташитах логики

TI в записке SZZA036 приводит определения JEDEC:

ОбозначениеЧто сравнивают
tsk(o), выходнойвыходы одной микросхемы при одновременном переключении входов в одну сторону и одинаковой нагрузке
tsk(p), импульсныйtPHL и tPLH одного выхода — насколько фронт и спад проходят по-разному
tsk(pr), технологическийодноимённые выводы двух экземпляров микросхемы одного производителя при одинаковых условиях
tsk(i), входнойразные входы, сходящиеся на один выход
tsk(l), предельныйрассчитывается по паспортным пределам: большее из максимальных tPLH, tPHL минус меньшее из минимальных; на микросхеме не измеряется, остальные виды — его частные случаи

Технологический перекос, по TI, определяется только разбросом производства, поэтому две «одинаковые» микросхемы в соседних каналах дают разные задержки.

Перекос на плате

Сигнал в микрополосковой линии на FR-4 идёт не мгновенно: в примере TI из SCAA082 100 мм линии шириной 0,5 мм задерживают его на 581,7 пс, около 5,8 пс на миллиметр. Разница длин трасс превращается в перекос, поэтому для раздачи тактов TI советует делать все линии одной длины, а в дифференциальных парах — выравнивать длины проводников. Даже при равных длинах перекос внутри пары создаёт эффект стеклоткани: SPRAAR7 объясняет, что стекловолокно и смола имеют разную проницаемость. Посчитать задержку и перекос для своей трассы можно в калькуляторе задержки трассы.

Чем мешает

В синхронной схеме перекос тактов между источником и приёмником уменьшает запас по времени предустановки и удержания: опоздавший такт приёмника помогает setup, но может нарушить hold. В параллельной шине перекос битов сужает окно, в котором все данные действительны. В дифференциальной паре он превращает часть сигнала в синфазную помеху. Вместе со джиттером перекос входит в общий временной бюджет.

Частые вопросы

Чем перекос отличается от джиттера?

Перекос — постоянная или медленно меняющаяся разница задержек между двумя сигналами: два выхода, две трассы, два экземпляра микросхемы. Джиттер — случайные колебания момента фронта одного сигнала от периода к периоду. В бюджете времени их учитывают вместе, но перекос можно уменьшить выравниванием трасс, а джиттер — нет.

Что такое перекос импульса tsk(p)?

По определению JEDEC, которое приводит TI, это модуль разности задержек tPHL и tPLH одного и того же выхода. Если фронт и спад проходят через элемент с разной задержкой, импульс на выходе становится шире или уже входного. У биполярной ТТЛ разница заметна: у SN7400 типично 11 и 7 нс.

Сколько перекоса даёт разница длин трасс?

Задержку на единицу длины считают по эффективной проницаемости диэлектрика. TI в SCAA082 приводит пример: 100 мм микрополосковой линии шириной 0,5 мм на FR-4 задерживают сигнал на 581,7 пс, то есть около 5,8 пс на миллиметр. Значит, разница длин в 1 мм даёт перекос около 6 пс.

Источники

  1. Texas Instruments. Understanding and Interpreting Standard-Logic Data Sheets, SZZA036C (December 2002, revised June 2016) — разд. 4.9.14–4.9.18: tsk(i) — входной перекос; tsk(l) — предельный перекос: разность большего из максимальных паспортных значений tPLH и tPHL и меньшего из минимальных, вычисляется по пределам даташита и напрямую не наблюдается, все остальные виды — его частные случаи; tsk(o) — между выходами одной микросхемы при одновременном переключении входов в одну сторону и одинаковой нагрузке (JEDEC); tsk(p) — модуль разности tPHL и tPLH при переключении одного входа; tsk(pr) — между одноимёнными выводами двух экземпляров микросхемы одного производителя при одинаковых условиях, зависит только от разброса технологии
  2. Texas Instruments. SCAA082A: High-Speed Layout Guidelines (November 2006, revised August 2017) — разд. 2.6: при раздаче тактового сигнала для минимального перекоса все линии делают одинаковой длины, в сложных системах добавляют компенсацию задержки; табл. 2: задержка 100 мм микрополосковой линии шириной 0,5 мм на FR-4 (εr = 4,6) — 581,7 пс
  3. Texas Instruments. SPRAAR7J: High-Speed Interface Layout Guidelines (November 2018, revised February 2023) — разд. 2.1: из-за разной диэлектрической проницаемости стекловолокна (около 6) и смолы (около 3) у проводников дифференциальной пары появляется внутрипарный перекос, который ухудшает глазковую диаграмму, создаёт синфазный шум и помехи

Нашли ошибку?

Смотрите также