Pares diferenciales coincidentes de longitud

No estoy seguro de dónde ha leído que el diseño ondulado se usa para este propósito, es decir, coincidencia de longitud de ruta. Por lo que puedo encontrar, el único lugar donde se usa intencionalmente un garabato (como el que ha dibujado) en las antenas de garabatos RFID ; ¡y probablemente no quieras construir uno de esos en tu tablero!

A continuación se muestra un ejemplo de coincidencia de longitud de ruta de un libro que he leído (Jacob et al. Memory Systems ). Hay uno o dos caminos que parecen ondulados, pero solo con uno o dos períodos como máximo. El patrón que se muestra allí parece preferir una gran amplitud del "garabato" para que tenga un bajo número de períodos/repeticiones. La mayoría de las otras rutas que se muestran allí están alargadas de alguna manera, pero no por garabatos. El método de alargamiento más común que se usa allí parece ser hacer giros en U pentagonales (un término que acabo de inventar porque no conozco uno establecido) para que una polilínea exterior sea naturalmente más larga que una interior. No sé qué software se usa para generar esos diseños (pero es una buena pregunta).

Después de más búsquedas, parece que un término comercial para los garabatos cuando se aplica a la coincidencia de longitud de rastro es "rastros serpenteantes".

Y encontré un artículo que habla de eso: Una nueva perspectiva sobre el enrutamiento de longitud coincidente por Barry Olney... Bueno, el artículo en realidad trata de proponer una alternativa a las serpentinas, pero tiene algunos antecedentes antes de llegar a la comparación. Sin embargo, me parece que las serpentinas muy largas que se muestran en ese artículo tienen fines demostrativos/de contraste. He visto al menos dos docenas de modelos de tarjetas de red de cerca en mi vida informática (en más de 20 años) y no recuerdo haber notado un garabato pronunciado como el suyo (o el de ese artículo) en cualquiera de sus PCB... Ahora pudo haber existido en las capas internas (en las pocas tablas que tenían más de dos) donde no era visible. Algunas tarjetas enrutan sus señales diferenciales en las capas internas, stripline.

Con esta terminología serpentina, resultó que son temas estándar de libros de texto. El libro Comprender la integridad de la señal de Thierauf tiene un par de páginas sobre esto. Los términos alternativos son (según ese libro de texto): "rastros de meandro o trombón". Si lo hago bien, la cantidad de períodos debe minimizarse porque cada uno contribuye a una forma de onda similar a una escalera creada por la diafonía entre los giros en U, como se extrae a continuación del libro de texto mencionado anteriormente. Este es, lamentablemente, un análisis puramente teórico. .

El libro también dice que esta es solo una solución aproximada y que se necesita un "solucionador de campo 3D" para simular completamente el comportamiento real; por ejemplo, la señal en realidad se propaga más rápido en una serpentina de lo que indicaría la longitud de la traza 2D. Intuí correctamente la recomendación que el libro iba a sacar de ese gráfico; citándolo a continuación:

Debido a que el voltaje acoplado máximo crece con la cantidad de segmentos en la serpentina, cuando se diseña una serpentina, es mejor usar una menor cantidad de segmentos largos en lugar de una mayor cantidad de segmentos cortos. Menos segmentos también significan menos esquinas y menos incertidumbre en el tiempo y la impedancia. Por estas razones, los segmentos deben ser largos (normalmente mayores que el tiempo de subida de la señal) y pocos en número. Además, debido a que la diafonía aumenta a medida que las trazas se juntan de forma compacta, el efecto de escalera se puede reducir aumentando la separación entre los segmentos.

Finalmente, el libro también menciona la colocación de un rastro de protección conectado a tierra entre los segmentos de una serpentina para (aún más) reducir el efecto escalonado causado por la diafonía. El libro también enumera/cita algunos artículos más detallados sobre este tema serpenteante:

• Wu, R. y F. Chao, "Laddering Wave in Serpentine Delay Line", IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part B, vol. 18, No. 4, noviembre de 1995, págs. 644–650.
• Rubin, BJ y B. Singh, "Estudio del retraso de la línea de meandro en placas de circuitos", Transacciones de IEEE sobre teoría y técnicas de microondas, vol. 48, núm. 9, septiembre de 2000, págs. 1452–1460.
• Orhanovic, N., et al., "Characterization of Microstrip Meanders in PCB Interconnects", Proceedings 50th IEEE Electronic Components and Technology Conference, Las Vegas, NV, 21–24 de mayo de 2000, págs. 508–512.
• Shiue, G., et al., "Improvements of Time-Domain Transmission Waveform in Serpentine Delay Line with Guard Traces", Simposio internacional IEEE sobre compatibilidad electromagnética, EMC 2007, Honolulu, HI, 9 al 13 de julio de 2007, págs. 1 –5.
• Nara, S. y K. Koshiji, “Estudio sobre las características de tiempo de retardo de la línea de meandro multicapa hiperblindada”, Simposio internacional IEEE sobre compatibilidad electromagnética, EMC 2006, vol. 3, Portland, OR, 14–18 de agosto de 2006, págs. 760–763.

En una nota más práctica, NXP tiene una nota de la aplicación Directrices de diseño de PCB DisplayPort (AN10798) que aborda varios aspectos de las matemáticas de longitud de seguimiento en las páginas 4-6. Recomiendan el diseño serpentino que se muestra a continuación, que también obedece a otras reglas, como no permitir demasiada distancia entre pares diferenciales.

Su mayor preocupación con los garabatos apretados es que parte de su señal puede acoplarse a través de ellos y terminar saliendo por el otro lado antes de lo que piensa. Lo mejor es usar más grande como tu primer dibujo.

También mantenga los garabatos cerca de su transmisor, receptor o conector. Tal vez a menos de 1/4 de longitud de onda del contenido de mayor frecuencia de interés lejos de su transmisor. Lo mejor es agrupar las discontinuidades.