PCB层压板为什么会影响高速数据速率

我们走得越快，我们需要知道的越多：PCB层压板在实现高速数据速率方面的作用。
采用这个有点模糊的副标题并在其周围放置一些参数和定义器，本文讨论的主题是差分信号发展成为电子元件连接的主要方式的一种方式。可以降低信号路径的东西。在这个特定的时刻，整个互联网依靠差分信令将数据从一个地方移动到另一个地方。如果没有这种信号传递方式，互联网和我们所有人都依赖的过多通信产品就不可行，或者更准确地说，不可能存在。
好消息是最新版本的IC使得可以通过PCB中的差分对以高达32Gb/S（和更高）的速率发送数据。坏消息，或者更准确地说，已经被投入到行业中的挑战是，在这些速度下，用于制造PCB的层压板的非常小的变化会破坏数据路径，如果不注意这些路径是如何设计和制造。并且，破坏路径中的数据链路的变体之一是倾斜。
从问题的基础开始，偏差是差分对的两个信​​号边缘到达差分接收器的端子时的未对准。倾斜的结果非常简单。当上述错位足够严重时，数据路径中的链接可能不再起作用。
此时，定义差分对并检查它们的运行方式很有用：

• 差分对是一条信号路径，它有两条相等且相反的信号在两条路径上传播。
• 接收器检测其输入端的“差分”电压，并确定数据位是1还是0。
• 接收器设计为忽略“共模”组件。信号，通常是电压偏移。这是该信令协议的主要优点。
• 图1是差分对的图形表示。

图1.差分对

确定匹配两个不同信号的物理长度不是问题。这是以下因素的结果：

• 现代IC技术能够将封装级别的对准维持在1 ps。
• 现代PCB布局工具和连接器制造能够将长度匹配到1 ps。

基于这些因素，考虑和管理偏差似乎应该是工程上的扣篮。如果不是因为某些不那么明显的偏斜来源，情况肯定会如此。
偏斜的隐藏“陷阱”
如前所述，差分信号长度的差异路径或错位是导致倾斜的原因。另外，偏斜可能是两个差分信令路径的速度差异的结果。在这两种情况下，歪斜的原因都是PCB层压板中使用的玻璃编织的结果。具体来说：

• 在14英寸路径上测量的路径长度差异大到37 pS，这是由于层压板中玻璃编织不均匀造成的。 （这在28Gb/S时超过一个比特周期。）
• 差分信号对的速度差异发生在对的一侧行进在树脂上而另一侧在PCB上的玻璃上行进时层压板。在树脂上行进的一侧将更快地行进。

首先，一些基础知识：
PCB中的层压板是玻璃和树脂的复合材料。玻璃的介电常数约为6，树脂的介电常数小于3.
就路径长度和信号速度而言，产生的问题是由玻璃增强层的形成方式引起的。树脂已编织。更常见的玻璃编织物具有紧密扭曲的玻璃束，并且在其间留下填充有树脂的大的开放空间。与玻璃纤维的间距相比，PCB中平均迹线的宽度较小（编织间距与迹线尺寸的对比度见图2），因此差分对的一条迹线在玻璃上更常见而树脂和其他痕迹相反（树脂比玻璃更多）。由于这些因素，我们已经看到14“长的差分对，其编织引起的偏斜高达60 ps。这种偏斜量会对差分信号的性能产生巨大影响。