Diseño de PCB para datos rápidos

Estoy tratando de conectar varios componentes (los mismos componentes) a una salida FPGA. El FPGA funciona a 30Mhz y transmite tanto un reloj como datos en líneas conectadas a estos componentes similares.

Cada componente está ubicado a una distancia diferente del FPGA donde el más corto es de 10 mm y el más largo de 300 mm

  1. Cuando la diferencia es de 290 mm y la frecuencia es de 30 Mhz, ¿tengo que preocuparme de que una señal llegue antes que la otra?
  2. ¿Existe una regla general o una forma de calcular cuál es la diferencia máxima en distancias que se permite para una frecuencia de señal específica?
  3. ¿Debería el rastro ser más grueso o más delgado para datos rápidos? servirá 8mil?

PCB es flexible de 2 capas, sin pliegues en ángulo recto, 1OZ de cobre, la señal puede ser de 3,3 V o 5,0 V

Gilad.

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Con una longitud de onda en el aire de ~10 m, no creo que tengas mucho de qué preocuparte allí... Solo cuando la longitud de onda es menor (o cercana) a la distancia de transmisión, debes preocuparte. Ah, y 30 MHz no es rápido.
@Majenko 30 MHz es lo suficientemente rápido como para arruinarlo si hiciera un diseño totalmente ingenuo.
@ThePhoton Bueno, sí, si hiciste algo estúpido, ciertamente. Me preocuparía más la fuerza de la unidad de salida y la capacitancia de entrada que la coincidencia de impedancia.

Respuestas (2)

  • Cuando la diferencia es de 290 mm y la frecuencia es de 30 Mhz, ¿tengo que preocuparme de que una señal llegue antes que la otra?
  • ¿Existe una regla general o una forma de calcular cuál es la diferencia máxima en distancias que se permite para una frecuencia de señal específica?

La velocidad de propagación viene dada aproximadamente por la constante dieléctrica del material de su pcb

v ≈ C ϵ r

(En realidad, será un poco más alto porque parte de la señal viaja en el aire en lugar de en la PCB)

Para FR4, ϵ r es aproximadamente 4.5 (+/- 0.5). Para material flexible, deberá consultar la hoja de datos de su material.

La diferencia en el tiempo de llegada es solo la diferencia en la longitud de la traza dividida por la velocidad.

Y la regla general en un diseño digital es que debe satisfacer los tiempos de configuración y espera para toda la lógica a la que está enviando señales. En algunos casos, es posible que también deba mantener sus relojes sincronizados entre los diferentes componentes de la carga, pero ese es un requisito específico del diseño.

¿Debería el rastro ser más grueso o más delgado para datos rápidos? servirá 8mil?

Para 30 MHz con una longitud máxima de traza de 300 mm, el ancho de la traza no es crítico.

PD

Para este diseño, si no tiene ningún requisito de sincronización especial, prefiero minimizar la capacitancia total de la traza ejecutando una sola pista que se acerque a las 7 cargas y haga un trozo corto para cada carga, en lugar de tener ramales muy largos que conducen a las cargas desde el punto de origen.

PPS

Su longitud de onda y la longitud de la traza están en el ámbito de la necesidad de preocuparse por las emisiones radiadas si planea usar o vender esto en los EE. UU. o Europa. Asegúrese de tener una ruta de retorno bien definida para cada ruta de señal y recuerde que las distancias críticas para propósitos de EMI están más relacionadas con los tiempos de subida y bajada de la señal que con la frecuencia de repetición.

Siga los buenos consejos de The Photon, pero también agregaré:

  • Utilice resistencias de terminación en serie al final de cada ramal más cercano al dispositivo esclavo. El valor recomendado es típicamente 22-100R.
  • Lea las instrucciones de configuración relevantes para su FPGA; Xilinx (por ejemplo) entra en gran detalle sobre cómo enrutar de manera segura y confiable las señales para su implementación JTAG. Ese consejo debería ser aplicable en general a cualquier transferencia síncrona de alta velocidad.
  • Use señalización diferencial si puede; las señales diferenciales correctamente enrutadas tienen muchas, muchas menos probabilidades de causar o estar sujetas a interferencias.
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