Ширина проводника

В линиях передачи с высокой скоростью (более 10 Гбит/с) потери являются доминирующим фактором, определяющим расположение межсоединений. Какими бы ни были потери в диэлектрике, потери в проводнике больше.

Потери в проводнике зависят только от ширины проводника. Это значит, что в высокоскоростных каналах передачи данных проводники следует делать настолько широкими, насколько позволяют практические соображения. В большинстве многослойных плат это около 7 мил.

Если целевой импеданс равен 100 Ом, ширина линии 7 мил, то дифференциальный  импеданс пары зависит от степени связи между проводниками. Когда линии сближаются, дифференциальный импеданс уменьшается. Для ослабления этого эффекта увеличивают толщину диэлектрика между слоями.

На рисунке 1 показаны поперечные разрезы дифференциальной пары для трех степеней связи между проводниками: сильная, слабая и отсутствующая (нет связи).

 Рис. 1. Поперечное сечение дифференциальной пары 100 Ом. Ширина проводника 7 мил, толщина ½ унции, диэлектрическая постоянная материала платы равна 4

Связь между проводниками

В полосковых структурах нет понятия перекрёстная наводка на дальнем конце. Приемник чувствителен только к помехам на ближнем конце, когда приемная и передающая линии перемежаются на соседних каналах (см. рис. 2).

Рис. 2. Приемник чувствителен только к помехам на ближнем конце линии

Помехи на ближнем конце вызывают краевые электрические и магнитные поля между двумя дифференциальными парами. Чем сильнее краевые поля между двумя парами, тем сильнее помехи.

Чем больше расстояние между возвратными путями, тем глубже в соседний канал распространяются краевые поля и тем сильнее межканальные помехи. Именно расстояние между планами определяет дальность прохождения краевых полей, а не сила связи между линиями.

Критерии

Уровень помех можно считать приемлемым, если отношение сигнал-шум составляет примерно 20 дБ. Сигнал на приемнике имеет небольшую амплитуду, около -10 дБ в канале без компенсации или -25 дБ в канале с компенсацией. Если присутствует шум только из-за помех между каналами, то помехи должны быть на 20 дБ ниже уровня сигнала.

Таким образом, можно определить два критерия: -30 дБ для канала без компенсации и -45 дБ – с ней.

Уровень помех между двумя дифференциальными парами зависит от расстояния между каналами. С помощью анализатора двумерных полей определим технологический критерий для максимального уровня помех.

Пусть дифференциальный импеданс составляет 100 Ом. Рассмотрено три случая: расстояние между проводниками равно 1, 2 и 3 ширины проводника.

На рисунке 3 показаны результаты моделирования межканальных помех на ближнем конце.

Рис. 3. Результаты моделирования в среде Agilent ADS

Из графика видно, что требования -30 дБ и -45 дБ выполняются.

В канале без компенсации сигнал может быть слабым, -10 дБ. Дополнительное требование – помехи не более -30 дБ или 3%. Если источники помех имеются на обоих концах линии, их сумма не должна превышать 3%, т.е 1,5% каждая (-36 дБ).

Для пар с сильной связью расстояние между каналами должно превышать ширину линии в полтора раза, или равняться ширине линии для линий со слабой связью.

В каналах с большими потерями сигнал может быть -25 дБ, поэтому максимальные помехи не должны превышать -45 дБ, или 0,5%. В худшем случае, когда источник помех на обоих концах, на каждом должно быть не более -50 дБ (0,25%).

Если помехи не должны превышать -50 дБ, линии с сильной связью следует разводить на 4 ширины, линии со слабой связью – на три ширины линии.

Если каналы расположены ближе, это не значит, что схема неработоспособна, однако следует тщательно проанализировать ее, чтобы сократить риск отказа.