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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:

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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):

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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。總之,當發現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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