作者:一博科技
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% M; u4 J9 P! k前面幾篇文章講到了串行總線的預(yù)加重與均衡理論,概念性的東西比較多,大家如果不是從事信號完整性仿真等相關(guān)工作人員,理解起來會有一定的困難。很多關(guān)注高速先生公眾號的都是從事高速PCB 設(shè)計(layout)的小伙伴,信號處理的理論可能對這些朋友日常工作幫助不是太大,這些朋友可能更多關(guān)注的是與布線相關(guān)的話題。 經(jīng)常會有pcb設(shè)計的同事問我,板子上PCIe或者10G光口這類走線最長不能超過多少?速率不是那么高的信號,例如USB2.0,是不是就可以走很長的線了?速率到達(dá)多高,就要特別注意走線的損耗的問題?這些問題核心還是涉及到高速信號速率與傳輸線損耗之間的關(guān)系,如果我們對不同速率的信號通過傳輸線后的衰減有一個基本認(rèn)識,就可以對布線長度做一個基本的評估了。
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在回答這些問題之前,我們應(yīng)該對不同頻率的信號經(jīng)過一段長度的傳輸線后損耗程度有一定的了解。大家覺得傳輸速率為5Gbps的數(shù)字信號(不經(jīng)過任何預(yù)加重或者均衡處理),經(jīng)過一段15inch的傳輸線后(普通板材),眼圖還可以打開嗎,8G呢?為了解開大家的疑惑,我做了如下仿真,如下圖所示:
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我們假設(shè)這個通信系統(tǒng)的驅(qū)動和接收器件都是理想模型,理想模型就意味著驅(qū)動和接收都是匹配較好,除了傳輸線的損耗之外,信號不受其他干擾項的影響。假設(shè)該傳輸線的介質(zhì)為普通FR4,線寬為5mil,阻抗為50ohm,線長為15inch。首先我們來看下通道的插損曲線,如下圖:3 J( I- ?/ R. [; c l" t
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通過插損曲線我們可以看出,通道的損耗還是很大的,在2.5G的時候就達(dá)到了-7.9dB,轉(zhuǎn)化成幅度,大概為0.4,也就是這個頻率下,信號的幅度損耗了60%。我們來看看不同速率的信號在穿過這個通道后會變成什么樣子。, V5 L; _! J% n) ^) J H
( `- v8 D$ d: {發(fā)送端為理想PRBS信號,發(fā)送端信號峰峰值為1V,上升和下降時間為10ps,我們分別仿真了速率為1G,2.5G,5G,8G,10G,25G的信號,通過15inch的傳輸線后,眼圖對比如下:
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& B) j/ n3 C- G$ B0 X眼高和眼寬數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比如下:. T2 a* [" J+ A8 V3 F
p& E% D( N3 f+ h& n5 i* \由上表我們可以看出,隨著信號頻率的提高,損耗的影響變得越來越大。至于這個影響到底有多大,我們可以參考上面的表格做一個大概的評估。
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比較較真的網(wǎng)友可能又有疑惑了,你說了這么多,我只想知道我在布線的時候高速線到底最長可以走多長,你能不能給個準(zhǔn)確的數(shù)值。遇到這些問題,高速先生也不能明確的給出答案。我只能說,it depends….. 從傳輸通道來說,線長只是影響損耗的因素之一,還有很多關(guān)鍵的因素影響著通道的損耗,比如說我們選用的板材,換層孔的類型,數(shù)量,使用的銅箔類型,線寬線厚等等。對于高速串行信號來說,不同的芯片信號處理能力也不一樣,也就是所謂的預(yù)加重和均衡能力不一樣,既然芯片的性能有差異,我們對傳輸通道的評估也就不能一概而論了。最好的方法就是拿到芯片的模型進(jìn)行仿真評估,綜合考慮這些因素對信號的影響,這也是SI工程師存在的價值。 2 S2 M1 ]8 f0 Y* c
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