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高速PCB背板设计

2020-01-11 点击量:

   1:趋肤效应
     趋肤效应是这样一种现象,即随着频率的增加,大部分电流将集中于外部导体上。由趋肤效应所引起的损耗与频率的平方根、走线的宽度和高度成正比。介电损耗是由板电介质热损耗所引起的,且随频率线性增加。在较高频率上,介电损耗便成为一个较严重的问题。这些损耗不仅降低信号的幅度而且还减慢信号的边缘速度,进而造成信号发散及较差的抖动容限。 
     因为衰减较少的低频分量与衰减较多的高频分量在接收器上相加,信号发散将导致信号间干扰。结果其视图开口变小,因此更难在接收端上恢复,因而导致无法接受的误码率,这限制了最大位速率。另一种解释:信号变形或发散,导致能量逐位下降,进而产生误码。在较低速率上,可对ISI进行校正,因为有足够的时序余量。但在较高速率上,ISI不再只限于信号边界,而是能影响整个位宽度。 
     噪声的主要来源是由高密度的连接器及背板走线引起的串扰。串扰是高密度连接器与背板布局布线导致的一种主要噪声源。有两种类型的串扰:近端串扰(NEXT)与远程串扰(FEXT)。靠近受害接收器的发射器发出的信号干扰接收的信号时将引起NEXT。而当接收信号受到与受害接收器相连的“远程发射器”干扰时则会引起FEXT。所有这些信息信道损害均可在背板互连组件中用特殊的信号调整(例如预加重及均衡等)电路来予以补偿或消除。这些电路透过衰减低频分量及放大高频分量来补偿信号损耗,如下图所示。

     2:信号调整技术
     背板接口组件的关键作用是解决损耗及串扰等信息信道损害问题,并由此而延长背板的使用寿命。接口发射器拥有幅度控制及预加重等信号调整电路。同样,背板接口接收器采用均衡技术来控制损耗。另外,这些组件还要求具有JTAG及BIST等可测试特性,以便在制造时能进行系统级测试。美国国家半导体公司的四路5Gbps SerDes可满足所有这些要求。以下对四路5Gbps背板收发器SCAN50C400及其他高速背板接口组件所采用的信号完整性技术进行详细介绍。 
     预加重与去加重
     此项技术在信号发送前对其进行预扭曲,以使接收器上的信号质量如同原始发送的质量。当信号在直流电平上保持超过一个位的时间时,预加重就会抬高高频分量而降低低频分量。在设计这些方法的过程中,系统设计人员必须仔细控制输出幅度以限制输出功率。 
     接收均衡
     接收均衡通过对输入数据运用相对频率特征来补偿信息信道的损耗特征。有两种均衡电路:固定式与自适应式。固定式均衡器对补偿特征进行手工设置,而自适应式均衡器则采用自适应算法来设置最佳补偿特征,这使用户能将一种组件应用于各种不同的信息信道。它还能对制造偏差及环境变化给信息信道特征带来的变化进行自动补偿。 
     接收均衡功能既可整合在背板接口组件中,也可在独立组件中执行。在独立组件中执行接收均衡的优势是可提供最佳的布线优势及设计灵活性。 
     串扰噪声消除
     除预加重及接收均衡技术外,在某些系统中也采用串扰消除技术。这些芯片采用这样一种噪声消除机制,即对邻近信息信道上的噪声进行采样,然后再将其从信号中减掉。

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