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【干貨】如何計算傳輸線之間的延時差/偏移(Skew)

2023-12-12
來源:EETOP
關鍵詞: 電路設計 時序 延時

-以下文章來源于信號完整性 ,作者蔣修國-

編者注:在電路設計時序是非常重要的,時序也是信號完整性研究的主要內容之一。較大的延時差/偏移(Skew)會直接導致電路時序不滿足要求,從而導致產品設計失敗,。要控制好skew首先就需要學會如何獲取skew,本文將介紹了兩種方式供大家參考。

在2018年的時候給大家分享過一篇文章,,介紹的是傳輸線的物理等長并代表在時序上就是相等的。這篇文章得到了大量工程師的一致好評,。關于一些基本的概念,,大家可以參考下文:

90%的工程師都沒意識到的高速電路設計問題:等長繞線的影響

最近又有工程師在問:雖然我知道它們不等長了,但是我們如何計算這些skew呢,?

在前文中有介紹過,,在有的PCB設計工具中是直接可以查看傳輸線的延時以及延時差(skew)的,有興趣的工程師可以去研究下,。本文主要給大家分享下不使用PCB設計工具,,如何計算傳輸之間的延時差。因為并不是每一個設計都是PCB,,有的是連接器,、有的是線纜或者芯片封裝產品等等。

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不管是PCB,、芯片封裝,,還是連接器、線纜,,在分析時都會提取其S參數,。我們經常講到,S參數能完整的表征無源器件的特性,,其中也就包含了我們要介紹的延時差(skew),,那這樣就可以從S參數中獲取得到傳輸線之間的延時差(Skew)。

下面介紹兩種測量或者計算方式,,一種是通過PLTS直接測量,;一種是使用ADS仿真獲取。

微信圖片_20231212203046.jpg

首先來介紹PLTS的測量方式。

把獲取到的S參數導入到PLTS中,,如下圖所示:

微信圖片_20231212203056.jpg

導入的S參數如下圖所示:

微信圖片_20231212203106.jpg

選擇T21,,雙擊之后,再選擇T43,,雙擊之后,,如下圖所示:

微信圖片_20231212203119.png

在圖示中單擊鼠標右鍵,選擇Measure-->Skew

微信圖片_20231212203129.png

在彈出的對話框中勾選Skew Measurement ON,,就會立即顯示出延時差(Skew),,為20.02ps。

微信圖片_20231212203140.png

這個方式非常簡單,。第二種方式就在ADS中搭建一個原理圖進行仿真,,然后測量出來。仿真的原理圖如下圖所示,,使用的時域仿真器Transient,。

微信圖片_20231212203153.png

S參數與在PLTS中使用的S參數是一致的。在S參數輸出端添加上網絡名v1和v2,。

微信圖片_20231212203204.png

在數據顯示窗口中獲得如下圖所示的波形曲線:

微信圖片_20231212203214.png

然后分別給v1和v2波形曲線添加Marker,,這個要注意的是,幅值為波形總幅值的一半即中間點上,,如下圖所示:

微信圖片_20231212203225.png

顯然,,這時可以讀取m2和m1之間的差值為20ps,即延時差(Skew)為20ps,。這與PLTS值是一致的(相差0.02ps主要是由于軟件在讀取值的時候有誤差),。

也可以直接讀取m1和m2的差值,方式如下:

微信圖片_20231212203237.png

單擊Ok按鈕之后,,即可讀取延時差值(Skew):

微信圖片_20231212203245.png

這樣就非常方便的讀取了傳輸線延時差了,。在日常設計中大家一定要注意傳輸線延時差(Skew)所帶來的影響,因為skew不僅僅會帶來信號完整性的問題,,也會導致EMI輻射的問題,。在這前面的文章中介紹玻纖效應的時候就有介紹過。

微信圖片_20231212203300.jpg

有興趣的也可以參照下文:

簡述玻纖效應的影響,、仿真以及解決方法

其實獲得skew的方式非常多,,比如也可以直接通過網絡分析儀或者采樣示波器測量出來,。如下圖所示為網絡分析儀(E5071C)中測試得到的Skew:

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對于不同的產品設計,,要解決skew的方式是不一樣的,有的通過繞線即可解決,,比如PCB,;有的則需要改變設計的結構,比如連接器設計??傊?,當發(fā)現(xiàn)skew比較大時,想盡一切辦法去減小skew,,這樣才能保證產品沒問題,。

以上內容僅供大家參考,如果大家有更加方便的方式也可以分享給大家,。

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