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【干貨】如何計(jì)算傳輸線之間的延時(shí)差/偏移(Skew)

2023-12-12
來源:EETOP

-以下文章來源于信號(hào)完整性 ,,作者蔣修國-

編者注:在電路設(shè)計(jì)時(shí)序是非常重要的,時(shí)序也是信號(hào)完整性研究的主要內(nèi)容之一,。較大的延時(shí)差/偏移(Skew)會(huì)直接導(dǎo)致電路時(shí)序不滿足要求,,從而導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗。要控制好skew首先就需要學(xué)會(huì)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(shí)候給大家分享過一篇文章,介紹的是傳輸線的物理等長(zhǎng)并代表在時(shí)序上就是相等的,。這篇文章得到了大量工程師的一致好評(píng),。關(guān)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(shí)到的高速電路設(shè)計(jì)問題:等長(zhǎng)繞線的影響

最近又有工程師在問:雖然我知道它們不等長(zhǎng)了,,但是我們?nèi)绾斡?jì)算這些skew呢,?

在前文中有介紹過,在有的PCB設(shè)計(jì)工具中是直接可以查看傳輸線的延時(shí)以及延時(shí)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(shè)計(jì)工具,如何計(jì)算傳輸之間的延時(shí)差,。因?yàn)椴⒉皇敲恳粋€(gè)設(shè)計(jì)都是PCB,,有的是連接器、有的是線纜或者芯片封裝產(chǎn)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(shí)都會(huì)提取其S參數(shù)。我們經(jīng)常講到,,S參數(shù)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(shí)差(skew),那這樣就可以從S參數(shù)中獲取得到傳輸線之間的延時(shí)差(Skew)。

下面介紹兩種測(cè)量或者計(jì)算方式,,一種是通過PLTS直接測(cè)量,;一種是使用ADS仿真獲取。

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首先來介紹PLTS的測(cè)量方式,。

把獲取到的S參數(shù)導(dǎo)入到PLTS中,,如下圖所示:

微信圖片_20231212203056.jpg

導(dǎo)入的S參數(shù)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(biāo)右鍵,,選擇Measure-->Skew

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在彈出的對(duì)話框中勾選Skew Measurement ON,,就會(huì)立即顯示出延時(shí)差(Skew),為20.02ps,。

微信圖片_20231212203140.png

這個(gè)方式非常簡(jiǎn)單,。第二種方式就在ADS中搭建一個(gè)原理圖進(jìn)行仿真,然后測(cè)量出來,。仿真的原理圖如下圖所示,,使用的時(shí)域仿真器Transient。

微信圖片_20231212203153.png

S參數(shù)與在PLTS中使用的S參數(shù)是一致的,。在S參數(shù)輸出端添加上網(wǎng)絡(luò)名v1和v2,。

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在數(shù)據(jù)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(gè)要注意的是,,幅值為波形總幅值的一半即中間點(diǎn)上,,如下圖所示:

微信圖片_20231212203225.png

顯然,這時(shí)可以讀取m2和m1之間的差值為20ps,,即延時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)差了。在日常設(shè)計(jì)中大家一定要注意傳輸線延時(shí)差(Skew)所帶來的影響,,因?yàn)閟kew不僅僅會(huì)帶來信號(hào)完整性的問題,,也會(huì)導(dǎo)致EMI輻射的問題。在這前面的文章中介紹玻纖效應(yīng)的時(shí)候就有介紹過,。

微信圖片_20231212203300.jpg

有興趣的也可以參照下文:

簡(jiǎn)述玻纖效應(yīng)的影響,、仿真以及解決方法

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

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對(duì)于不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì),,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?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),比如連接器設(shè)計(jì),??傊?dāng)發(fā)現(xiàn)skew比較大時(shí),,想盡一切辦法去減小skew,,這樣才能保證產(chǎn)品沒問題。

以上內(nèi)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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