¿Cómo puedo evaluar el efecto de un cable de unión en la integridad de la señal de alta velocidad?

Actualmente me estoy involucrando en un diseño de PCB que está asociado con una señal de alta velocidad (señal PAM4 de 40 Gbps). En la placa, un chip que transmite y recibe datos está unido y transfiere datos a través de pistas y conectores.

Sé que la señal que se ejecuta a tal velocidad es susceptible al efecto pelicular, pérdida dieléctrica y reflejos. También escuché que el cable de unión debe ser lo más corto posible para reducir su inductancia, así que trato de colocar esas almohadillas (también conocidas como dedos dorados) de señal de alta velocidad muy cerca del chip (como se muestra en 1 7,8,13,14,17,18,20 ).
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Mis preguntas son:

(1) ¿La longitud del cable de enlace es más corta, mejor? ¿Cuál es la base teórica?

(2) ¿Puedo elegir la mejor longitud de cable de unión según el resultado de la simulación? ¿Qué herramienta de simulación debo usar? (¿HFSS, ADS tal vez?)

(3) En algunos artículos, el cable de enlace se trata como una línea de transmisión. ¿Pero no es demasiado corto para modelarlo? ¿Es esta una buena aproximación?

(4) Excepto por la longitud del cable de unión, ¿cuáles son las consideraciones de diseño del tamaño de la almohadilla (dedo dorado)?

Cualquier respuesta perspicaz de cualquiera de las preguntas será apreciada, ¡gracias!

¿Por qué no simplemente mide los parámetros S del IC vinculado? También puede medir los cables de enlace cuando están conectados a un circuito abierto, es decir, sin IC. Además, a 40 Gbps todo es una línea de transmisión, por ejemplo, una vía a una capa interna introduce un trozo abierto porque llega hasta el otro lado. En general, los cables de conexión deben ser cortos, principalmente debido a las pérdidas y los bucles de corriente de la ruta de retorno.
@ user110971 Dado que aún no he conectado mis cables, ¿qué significa medir los parámetros S? Como modelarlos como
utilizando un analizador de red para medir la impedancia.
@ user110971 ¿Un analizador de red en el mundo real? Eso es un poco difícil de hacer en este momento, ¿puedo simplemente modelarlos como una línea de transmisión en función de su longitud y forma, y ​​medir su S21 y S11 en ADS? He notado que en bethesignal.com/wp/... usa el modelo microstrip para evaluar el cable de conexión, ¿es así como estás hablando? Como el cable de conexión está a medio camino en el aire, ¿es una buena aproximación?
Use HFSS si tiene acceso a él
@Mike ¿Podría darme algunas pistas sobre cómo hacerlo?
¿Qué pads son GND? GND es muy importante en los cálculos de impedancia. Además, a veces hay un anillo GND alrededor de la matriz donde se unen todas las conexiones GND. Las plataformas de aterrizaje en la PCB parecen un poco pequeñas. ¿Ha consultado con la gente de unión de troqueles para obtener pautas sobre la huella? ¿Qué tipo de alambre de enlace está utilizando?

Respuestas (1)

¿La longitud del cable de unión es más corta, mejor?

En general, sí. Sin embargo, si la almohadilla en la placa o en el IC tiene un exceso de capacitancia, aumentar la longitud del cable de unión podría ayudar a compensarlo.

¿Puedo elegir la mejor longitud de cable de unión según el resultado de la simulación? ¿Qué herramienta de simulación debo usar? (¿HFSS, ADS tal vez?)

Muy crudamente, puede modelar un cable de enlace como un inductor con 1 nH por mm de longitud del cable de enlace.

Si tiene acceso a ADS, tiene algunos modelos de cables de enlace que son más sofisticados. Estos incluirán los efectos de la forma del bucle del cable de conexión y la inductancia mutua entre los cables vecinos. Sin embargo, en mi experiencia, no es obvio cuáles deberían ser muchos de los parámetros requeridos para estos modelos en una situación física particular.

Si tiene acceso a HFSS, por supuesto que simplemente puede modelar la estructura tridimensional.

En algunos artículos, el cable de conexión se trata como una línea de transmisión. ¿Pero no es demasiado corto para ser modelado como tal? ¿Es esta una buena aproximación?

Posiblemente, sí, pero es difícil saber dónde está la ruta de retorno (si no conoce los detalles del diseño del chip) para calcular los parámetros de la línea de transmisión. Hacerlo probablemente requiera comenzar con HFSS u otra herramienta FEM 3-d.

Excepto por la longitud del cable de unión, ¿cuáles son las consideraciones de diseño del tamaño de la almohadilla (dedo dorado)?

En general, cuanto más pequeño, mejor para evitar el exceso de capacitancia. El tamaño mínimo probablemente estará determinado por las capacidades de su fabricante de PWB y/o taller de unión de cables/adjunción de troqueles.

Mirando su diseño, algunas de sus almohadillas pueden estar demasiado cerca del chip. En primer lugar, porque no desea que la herramienta de unión de cables se estrelle contra el chip durante la unión de cables. En segundo lugar, porque el epoxi adherido a la matriz (suponiendo un proceso de epoxi) podría salir por debajo del chip y cubrir esas almohadillas.

Una nota adicional. Para señales de alta velocidad, puede ser recomendable usar un epoxi conductor para unir el troquel a su almohadilla. Según mi experiencia, el epoxi utilizado puede tener un efecto enorme en EMI a 100 MHz. Lo que sugiere que el modelado a múltiples GHz puede ser muy desafiante.
@Photon (1) Sé que hay una capacitancia entre la almohadilla y el plano de tierra a continuación, ¿es esta la capacitancia principalmente excesiva de la que está hablando? Y la compensación es en términos de coincidencia de impedancia, ¿verdad?
@Photon (2) Ahora solo quiero decidir cuánto tiempo se debe usar el cable de enlace en términos de integridad de la señal, incluso de manera muy cruda. Si ya tengo el tamaño de la almohadilla y su distancia al plano de tierra, puedo estimar aproximadamente el capacitancia, ¿la longitud se basa principalmente en la impedancia combinada por la inductancia que trae y la capacitancia?
@mkeith, ¿podría entrar en detalles sobre el efecto que produce el epoxi?
Bueno, esto se basa en una experiencia. Era un troquel IC de microprocesador, conectado directamente a la PCB y unido con alambre de aluminio de 1 mil. El proceso estándar era usar epoxi conductor (caro). Experimentamos con un epoxi más estándar, pero el rendimiento de EMI no fue muy bueno, por lo que continuamos usando el epoxi conductor. Toda el área donde se colocó el troquel estaba expuesta a la almohadilla GND. Teníamos un anillo GND justo fuera del área del troquel donde todos los cables de unión GND se conectaban a la PCB. Este era un procesador integrado de 100 MHz y 32 bits.
¿Cómo puedo evaluar el efecto de un cable de unión en la integridad de la señal de alta velocidad?
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