Дві доріжки диференціальної пари можуть мати однакову довжину, але різні затримки поширення. Одним із можливих чинників є ефект плетіння склотканини: провідники проходять через дещо різні локальні діелектричні середовища в ламінаті. На довгій трасі ця відмінність може спричинити розбіжність затримок між позитивним і негативним сигналами пари.
Цей ефект варто оцінювати, коли інтерфейс має жорсткий бюджет затримок. Це одна з можливих причин розбіжності, а не висновок, який можна зробити за одним невдалим вимірюванням. Також потрібно приділити увагу сигнальним шляхам у корпусах компонентів, роз’ємам, перехідним отворам і асиметрії трасування.
Як тканий ламінат може впливати на сигнал
У багатьох ламінатах друкованих плат використовується ткана склотканина в системі смол. Пучки з високим вмістом скла та проміжки з високим вмістом смоли мають різні діелектричні властивості. Доріжка взаємодіє не лише з однією крихітною точкою матеріалу, проте локальні неоднорідності композиту можуть змінювати її ефективне середовище поширення сигналу.
Дві склотканини, які використовують для армування композитів. Вони ілюструють відмінності плетіння; на фото не визначено типи склотканини для друкованих плат або готовий ламінат.
Якщо два розташовані поруч провідники по-різному зазнають впливу цих неоднорідностей уздовж своєї довжини, їхні накопичені затримки можуть відрізнятися. Результат залежить від фактичної конструкції діелектрика, геометрії доріжок, їхнього розташування відносно плетіння, напрямку трасування та інших особливостей каналу. У посібнику з діелектричної проникності цю властивість матеріалу розглянуто ширше; саме по собі об’ємне значення з технічного паспорта не описує кожну локальну область під трасою.
Чому важливі орієнтація та конструкція
Розгляньмо пару, довга ділянка якої проходить майже паралельно одному з напрямків плетіння тканини. Залежно від взаємного розташування доріжок і тканини два провідники можуть проходити над різними частками областей із високим вмістом скла та областей із високим вмістом смоли. Зміна кута траси змінює це співвідношення вздовж неї, але не усуває всіх інших чинників затримки.
Тканина — лише частина структури шарів. Діелектрик над сигнальним шаром і під ним, кількість і розташування шарів матеріалу, геометрія провідників та опорні структури впливають на фактичне електромагнітне середовище. Тому запитуйте про запропоновану конструкцію після пресування на критичному шарі, а не вибирайте тип тканини зі списку, розглядаючи його окремо.
Дві плати з однаковим контуром також можуть мати різне взаємне розташування рисунка провідників і тканини, якщо виробнича панель або матеріал орієнтовані по-різному. Якщо проєкт залежить від припущення щодо орієнтації, включіть його до переданої виробнику документації та отримайте підтвердження.
Розрізняйте довжину, розбіжність затримок та імпеданс
Узгодження довжин — це перевірка топології. Внутрішньопарна розбіжність затримок — це різниця затримок між двома провідниками однієї пари. Міжпарна розбіжність затримок характеризує різницю між окремими парами. Ці перевірки пов’язані, але не взаємозамінні.
Так само тестовий купон для вимірювання диференціального імпедансу відповідає на інше питання, ніж вимірювання затримок P/N. Результат у межах заданого діапазону імпедансу не доводить, що повний канал відповідає своєму бюджету затримок. У посібнику з трасування диференціальних пар розглянуто ширший набір рішень щодо топології, зокрема опорні площини та переходи.
| Спостереження | Що воно показує | Що перевірити далі |
|---|---|---|
| Довжини P і N у проєкті збігаються | Один із геометричних чинників неузгодженості враховано. | Перевірити внески в затримку від трасування, конструкції, корпусів компонентів і роз’ємів. |
| Диференціальний імпеданс купона відповідає вимогам | Випробувана структура відповідала цій вимозі до імпедансу за зазначених умов випробування. | Окремо перевірити часові характеристики на структурах, репрезентативних для критичного каналу. |
| Виміряні затримки P/N на трасі відрізняються | У виміряному каналі є різниця затримок на вибраних опорних площинах. | Перш ніж визначати причину, порівняти інші траси, геометрію, вимірювальні пристосування та конструкції. |
Визначте вимогу до затримок перед вибором способу зменшення ефекту
Знайдіть вимогу у відповідній документації на пристрій та інтерфейс і встановіть опорні площини. Визначте, чи задане обмеження стосується лише плати, чи ширшого каналу, який включає корпуси компонентів, роз’єми та інші структури. Правило топології плати буде корисним лише тоді, коли воно відповідає цій повній вимозі.
Зафіксуйте допустиму розбіжність затримок P/N на цих опорних площинах і визначте, які частини каналу охоплено. Відстежуйте оцінки та невизначеності для геометрії плати, матеріалу, ділянок введення сигналу, а також внесків корпусів компонентів або роз’ємів у межах цих границь. Внески можуть мати різні знаки; їхнє взаємне компенсування в одній номінальній оцінці не гарантує запасу за виробничих варіацій. Для конкретного проєкту використовуйте документацію на інтерфейс і узгоджений метод оцінювання найгіршого випадку або статистичний метод.
Чому одне розташування купона може ввести в оману
Якщо дослідження цього потребує, порівнюйте репрезентативні структури в кількох місцях і фіксуйте їхню орієнтацію та конструкцію. Один купон, який випадково має сприятливе взаємне розташування доріжок і тканини, може приховати варіації в інших місцях; і навпаки, один несприятливий результат не встановлює розподілу для всіх панелей.
Варіанти для обговорення з виробником плати
Не існує універсального кута або типу склотканини, який розв’яже проблему для кожного каналу. Порівнюйте можливі зміни з фактичною структурою шарів і вимогою до затримок:
| Можливий захід | Потенційна мета | Компроміс або питання, яке потрібно вирішити |
|---|---|---|
| Задати конструкцію зі склотканиною з розпластаними пучками | Зменшити локальну неоднорідність запропонованого діелектрика | Чи доступні конкретний матеріал і конструкція після пресування та які дані підтверджують їхню ефективність? |
| Змінити кут траси або орієнтацію панелі | Змінити спосіб перетину трасою елементів плетіння | Чи узгоджується це з топологією та панеллю і яким є кут відносно фактичного плетіння? |
| Змінити розташування шарів діелектрика | Дослідити іншу ефективну конструкцію | Як зміняться кінцева товщина, імпеданс, процес ламінування та доступний матеріал? |
| Змінити геометрію пари | Задовольнити сукупні вимоги до трасування та електричних характеристик | Чи відповідатиме змінена пара вимогам до імпедансу, зазорів та іншим обмеженням топології? |
Ці заходи не є незалежними перемикачами. Зміна конструкції діелектрика може потребувати повторної перевірки імпедансу, а зміна трасування може вплинути на довжину, займаний простір і переходи. Попросіть виробника плати та команду з цілісності сигналу порівняти комплексні варіанти й підтвердити доступні конструкції та порядок контролю замін. У посібнику з корів і препрегів пояснюється, як ці елементи структури шарів поєднуються між собою.
Гіпотетичне дослідження
Команда розробників має довгу високошвидкісну диференціальну пару. Система CAD показує однакові довжини трас, але вимірювання прототипу виявляє різні затримки P/N. Перш ніж змінювати ламінат, команда перевіряє опорні площини вимірювання та вимірювальне пристосування, а потім аналізує внески роз’єму й корпусу компонента, геометрію розведення від виводів, перехідні отвори та асиметричні ділянки траси.
Якщо варіації матеріалу й надалі викликають занепокоєння, команда може запланувати репрезентативні тестові структури на відповідному шарі та з відповідною конструкцією. Порівняння може допомогти дослідити можливий вплив плетіння; один купон або одне значення розбіжності затримок не встановлює універсальної властивості матеріалу й не доводить причину невідповідності каналу. Ширші рекомендації з планування купонів див. у матеріалі «Тестові купони друкованих плат».
Перетворіть дослідження на план вимірювань
- Визначте питання. Вирішіть, чи поточна проблема стосується повного каналу, частки бюджету затримок, виділеної лише для плати, або порівняння запропонованих структур шарів. Встановіть відповідні опорні площини та критерій приймання.
- Виберіть репрезентативні структури. Визначте критичний шар, геометрію провідників і конструкцію. За можливості заплануйте порівняння в кількох місцях і за різних орієнтацій, включно зі структурами, які допоможуть відокремити вплив матеріалу від відомих геометричних відмінностей.
- Зафіксуйте дані про виготовлення. Збережіть інформацію про матеріал і шари, номер шару, положення на панелі та, за наявності, орієнтацію відносно тканини. Зазначте всі затверджені заміни.
- Задокументуйте вимірювання. Вкажіть смугу пропускання обладнання, вимірювальне пристосування, калібрування або деембединг і метод визначення затримки. Окремо зафіксуйте затримки P/N та диференціальний імпеданс разом з опорними площинами.
- Порівняйте та дослідіть результати. Шукайте відмінності між запланованими структурами та виготовленими зразками. Перш ніж визначати причину, перевірте топологію, ділянки введення сигналу, вимірювальну установку та конструкцію матеріалу. Вирішіть, чи потрібні додаткові канали, панелі або партії для ухвалення рішення в проєкті.
Тестова структура може допомогти в дослідженні, не будучи повною моделлю кожної траси. Задокументуйте її відмінності від каналу в готовому виробі, особливо на ділянках розведення від виводів, переходах і роз’ємах.
Що включити до документації для передачі виробнику
Надайте вимогу до інтерфейсу та частку його бюджету затримок, виділену для плати. Вкажіть критичні пари та шари, приблизні траси, вимоги до імпедансу, запропоновану структуру шарів і всі обмеження щодо напрямку трасування. Попросіть виробника плати підтвердити матеріал і конструкцію препрегу, доступну інформацію про тканину, орієнтацію панелі та порядок контролю замін.
Узгодьте, чи потрібні перед випуском репрезентативні структури, дані вимірювань або додаткова перевірка. Якщо запропоновано зміну конструкції, також оцініть її вплив на інші вимоги, зокрема до товщини, імпедансу та доступності. У нашому посібнику з вибору матеріалів для друкованих плат розглянуто ширший спектр компромісів.
Щоб обговорити конкретну структуру шарів і доступні для неї варіанти, запитайте цінову пропозицію або зв’яжіться з APTPCB.