연구실은 자정이 넘도록 조용하다. 이를 위한 오실로스코프의 아이 다이어그램 28 Gbps PAM4 신호가 단순히 열림을 거부함 - 과도한 지터, 불규칙한 가장자리 — 임피던스를 확인했습니다., 길이 매칭, 그리고 누적. 모든 것이 보인다 “기준.” 그런 다음 TDR을 스윕합니다. (시간 영역 반사계) 피해자 추적을 따라 노이즈 파형이 바로 옆에 실행되는 클럭 라인의 스위칭 에지와 일치하는지 확인합니다.. 이건 상상이 아니야. 이것이 누화입니다. 두 개의 병렬 트레이스 사이의 조용한 에너지 전달입니다..
용량성 결합 및 유도성 결합: 두 개의 숨겨진 길
누화는 인접한 상호 연결 사이의 전자기 결합으로 인해 발생합니다., 두 가지 별개의 메커니즘에 의해 매개됨.
용량성 결합 트레이스 간의 기생 용량을 통해 에너지를 전달합니다.. 전압 변화가 빠를수록 (dV/dt) 공격 라인에서, 상호 용량을 통해 피해자 라인에 더 많은 노이즈 전류가 유입될수록Cₘ. 유도 결합 상호 인덕턴스를 통해 에너지를 전달Lₘ — 현재 변경 사항 (디/dt) 공격자에게 피해자에게 잡음 전압을 유도합니다..
총 누화 전압은 IPC-2221에 확립된 프레임워크에 따라 표현될 수 있습니다., 인쇄 기판 및 기타 부품 장착 또는 상호 연결 구조에 대한 기초 설계 표준:
Vₙ = k × (V_d × C_d + I_d × L_d)
여기서 *k*는 결합 계수입니다., CD 분산 커패시턴스, 그리고L_d 분산 인덕턴스는.
측정된 데이터는 명확한 그림을 그려줍니다.. 에 대한 50 Ω 마이크로스트립 라인 8 mil 트레이스 폭 및 4 mil 유전체 두께, 간격을 늘리다 8 밀 (1w) 에게 12 밀 (1.5w) 용량성 누화 피크를 대략적으로 줄입니다. 35%. 더욱 증가 16 밀 (2w) 추가 결과 만 생성됩니다. 9% 절감. 이는 3W 이상임을 나타냅니다. (24 밀), 한계 이점이 급격히 감소합니다. 누화 진폭은 간격에 따라 선형적으로 확장되지 않지만 지수적 감소를 따릅니다..
근단 대. 맨끝: 다른 방향, 다양한 행동
근단 누화 (다음) 공격자 신호의 발사가 끝날 때 운전자쪽으로 커플이 돌아옵니다.. 그것의 진폭은 도달할 수 있습니다 10% 에게 20% 공격자 신호, 하지만 그것은커플링 길이와 무관 - 커플링 길이가 포화 길이를 초과하는 경우 (신호 상승 시간에 전파 속도의 절반을 곱한 것과 거의 같습니다.), NEXT 진폭이 증가를 멈춥니다.. NEXT는 로컬 지오메트리에만 의존합니다..
원단 누화 (FEXT) 신호의 끝 부분에 나타나고 그 진폭은 결합 길이에 비례합니다. 그러나 유전 손실은 고주파 성분을 억제합니다., 그래서 더 긴 추적이 때때로 생성됩니다.더 적은 FEXT.
에이 28 Gbps PAM4 링크 시뮬레이션은 이를 명확하게 보여줍니다.: ~에 15 mm 커플링 길이, FEXT 최대값 도달 -28 DB. 확장 30 mm은 FEXT를 다음과 같이 향상시킵니다. -31 고주파 감쇠로 인한 dB.
솔리드 참조 평면에서, 누화에 대한 용량성 및 유도성 기여도는 거의 동일합니다.. FEXT의 경우, 극성이 반대이고 상쇄되는 경향이 있습니다. 이것이 바로 이유입니다.스트립라인 구조는 본질적으로 낮은 FEXT를 나타냅니다.. 마이크로스트립 라인, 하지만, 부분적으로 공기를 통과하는 전기장이 있음, FEXT를 무시할 수 없게 만드는 용량성 결합과 유도성 결합 사이의 불균형 생성.
3W 규칙: 효과적인, 하지만 전제 조건이 있는 경우
그만큼 “3W 규칙” 대부분의 경우 실질적으로 본능적입니다. PCB 엔지니어 - 트레이스 간격을 트레이스 너비의 최소 3배 유지. 그러나 많은 사람들이 그 전제 조건을 간과합니다..
중심간 거리가 3W에 도달하면, 약 70% 전기장 에너지는 각 유전체 영역 내에 국한됩니다., 커플링 커패시턴스를 허용 가능한 수준으로 감소. 간격 수준이 다르면 다음과 같은 누화 감쇠 특성이 나타납니다.:
| 추적 간격 | 누화 감쇠 | 평가 |
|---|---|---|
| 1w | 약 -20 DB | 중요한, 받아들일 수 없는 |
| 2w | 약 -30 DB | 보통의 |
| 3w | 약 -38 DB | 대부분의 디자인에 적합 |
| 4w | 약 -42 DB | 훌륭한 |
3W 규칙은 아래의 누화를 유지할 수 있습니다. -35 DB, 대부분의 디자인에 허용되는. 하지만, 이 결론은 세 가지 전제조건에 기초한다: 연속 참조 평면, 균일한 유전 특성, 아래의 작동 주파수 5 GHz.
측정된 데이터 50 Ω 마이크로스트립 라인은 간격을 3W에서 2W로 줄이면 NEXT 성능이 대략적으로 저하된다는 것을 보여줍니다. 9 DB. 참조 평면에 간격이 있는 경우, 저하가 점프 15 DB. 위의 디자인의 경우 28 Gbps (나이퀴스트 주파수 14 GHz), 추가 억제 기술과 결합된 5W~7W 간격을 고려하세요..
가드 추적 및 반환 경로 제어: 간격만 두는 것보다 더 효과적입니다.
피해선 양쪽에 접지된 가드 트레이스 배치, 접지 비아 포함 100 에게 200 밀, 다음보다 더 많이 NEXT를 줄일 수 있습니다. 20 DB.
에이 10 Gbps 백플레인 사례 연구는 효율성을 보여줍니다.: 절연을 통해 접지되지 않은 인접한 LVDS 쌍이 표시됨 180 mVpp 유도 누화. 행 추가 0.3 mm 접지 비아 간격 10 mm 누화를 다음으로 줄였습니다. 75 mVpp — 거의 감소 60%.
수치 2: 접지 비아 어레이를 사용한 가드 트레이스 - 누화 억제 비교
- 추가 용량 결합을 방지하려면 가드 트레이스와 신호 트레이스 사이에 최소 3W의 간격을 유지하세요.
- 비아 간격을 ≤ λ/10으로 유지하세요. (여기서 λ는 가장 높은 신호 주파수의 파장입니다.)
- 을 위한 10 Gbps 신호, 어레이 간격을 통해 접지를 다음 이하로 제한하십시오. 6 mm
복귀 경로 제어 단순히 간격을 늘리는 것보다 더 효율적인 것으로 입증되었습니다.. 신호-기준면 간격을 다음과 같이 줄입니다. 8 밀에서 4 mil은 전기장 감금을 강화하고 유도 결합 계수를 대략적으로 감소시킵니다. 40%. 이것이 바로 이유이다견고한 접지면에 가까운 신호 라우팅은 본질적으로 누화를 억제합니다..
진단 및 전략: 지배적인 메커니즘을 먼저 식별하세요
누화 억제의 첫 번째 단계는 맹목적으로 간격을 늘리거나 가드 트레이스를 추가하는 것이 아닙니다.진단. TDR 또는 VNA를 사용하여 피해자 추적을 스윕하고 결합된 잡음 파형과 공격자 신호 간의 관계를 조사합니다.:
- 소음단계적으로 공격자와 함께 →용량성 결합이 지배적 → 간격을 늘리는 것을 우선시, 레이어 변경, 병렬 실행 단축
- 소음위상이 맞지 않음 공격자와 함께 →유도 결합이 지배적 → 복귀 경로를 줄이는 것을 우선시, 접지면에 더 가까운 라우팅, 가드 추적 추가
누화 관리는 용량성 또는 유도성 결합이 지배적인지 이해하는 것으로 귀결됩니다., 그런 다음 올바른 치료법을 적용하십시오.. 간격을 늘리면 용량성 결합 문제가 해결됩니다.. 복귀 경로 제어는 유도 결합을 해결합니다.. 가드 트레이스 및 비아는 포괄적인 안전망을 제공합니다.. 모든 시나리오에 적합한 단일 기술은 없습니다..
데이터 소스 선언:
이 문서의 IPC 표준에 대한 참조는 IPC-2221을 기반으로 합니다.인쇄 기판 설계에 대한 일반 표준. 3W 규칙 누화 감쇠 데이터는 업계 표준 설계 지침 및 시뮬레이션 검증을 참조합니다.. 그만큼 28 Gbps PAM4 링크 시뮬레이션 데이터는 고속 신호 무결성 설계 문헌을 참조합니다.. NEXT 및 FEXT 결합 메커니즘 설명 참조 신호 무결성 교과서 소스.
