等長許容誤差

基板設計屋の立場では、開発担当者からの指示を受ける事になるが、開発者から、 指示が無い場合の対応ですが、下記の様にしています。(優先順位です。)
等長誤差
  1. レシーバー側のデバイスのデーターシートや、そのデバイスを使ったボードデザイン のマニュアルを調べて等長の記載があれば、それに従う。
  2. デファレンシャルラインの場合は、
    データーシートのクロックの出力波形で立ち上がり時間の1/5を適用する。
     差動ですので、P/N 間のノイズのズレの時間が、そのデバイスの最小立ち上がり時間より短ければ、 増幅されないとの考えである。
  3. 信号グループの等長については、
    1クロックのタイムがわかれば、その1〜5%程度にしています。
    例えば DDR2(Micronのマニュアルより) 1.762nsの場合、基板上で約290mm その1%=3mm 5%=15mm ですが DDR2の場合は、
    グループ等長の記載がある場合が多くMicroやTIの場合は2.54mmです。

ミアンダ配線


これはミアンダ配線の例です、 この程度のピッチ、深さであれば、さほど波形にストレスを与えないが、

ピッチと深さによってはストレスとなる。
なるべく避けたい所である。

HDMI2.0の等長誤差の許容範囲を検討

HDMI2.0 映像、音声のデジタル信号の標準規格
 映像分野の方が多いので、HDMIの基板への実装は慣れている。
コネクターとデバイスのピンアサインは1対1になっており、ペア性、等長は自然と確保出来るようになっているが、最近特殊なケースがあり、改めて、基板上の配線で、等長の許容誤差について、調べて見た。 TE Connectivity社(タイコエレクトロニクス)の2段のパネル&基板取り付けでDIPタイプ 1888811-1 です。


このHDMIのフットパターンです。 基板の板端側のチャンネルは内側のチャンネルの端子を避ける為に、左右に迂回させるのだが、ネジ穴、ボス穴等あり、スンナリ接続とは行かない。

そこで、等長誤差の許容値を考えてみた。
HDMI2.0 RGB(YCbCr)の3チャンネル+クロック=4ペア(Differential)
HDMI2.0の仕様で1チャンネル6GbpsX3チャンネル=18Gbps
1Pixel(1TMDS CHracter)は10Bit = 1クロックサイクルは 600Mbps
Web上での検索で、配線の参考の図は幾つか検索出来、等長はやってあるが、その誤差範囲の記載は見つからなかった。
  1. 各ラインのデファレンシャル間のP/Nの2本の等長については、ペア性を維持して配線できるので 問題ありません。
  2. RGBとクロックの4ペアの配線について、グループ等長の許容値の検討
    基板FR4 DifferMicroラインの速度 = 5.67 ps/mm

クロックの立ち上がり、立下りタイムからの検討
Web検索で、HDMIのReceiver、Transmiterデバイスを検索して、TI社とアナログデバイス社、LATTICE社見つかり、3社の内、クロックの立ち上がり、立下り(Vhの20-80%のタイム)が最も早い数値を参考にした。
最小値がの数値が欲しいのだが、MAX値しか記載が無かったので、
MIN値=MAX値の1.5ns x 1/3 = 0.5nsとした。


クロックの1Bitのパルス幅から検討


これを目安に、HDMI2.0の信号3チャンネル+クロックの4ペアの等長許容誤差範囲は10mm程度であれば、良いかと思います。
結果 10mm程度に収まり、納品後、お客様から、綺麗な画像が映ったとの連絡を頂いた。

スイッチングレギュレータ異常音の発生

DC-DC変換で良く使われる回路ですが、下手な設計をすれば、ノイズ発生源になる
場合もあり 2009年のEDNの記事ですが、取り上げてみました。

異常音の主な原因は、ICのFB端子への雑音の入力です、電源回路ですので、広くしなくとも良いラインの幅を広くすると、ノイズを拾い、SWOUTの端子出力に間欠発信を起こす。

SW-regスイッチングレギュレータ
基板設計上の注意点を下記に纏めました。


情報源  Web Media EDN (2009.8)
     ROHM Application Note (2017.10)

メッシュ GND インピーダンスコントロール基板を薄く 伝送損失

GNDメッシュ,フレキシブルケーブル、薄く製作
 特性インピーダンスコントロールの場合、メッシュGNDにする事により、
    静電容量を小さくする事が出来ます。結果、薄く出来ます。

メッシュGND、薄い基板
特性インピーダンスコントロール基板の場合、通常のベタGNDでは静電容量が多くなり、薄くする事に限度があります。
GNDをメッシュにする事により、静電容量を少なく出来、基板を薄くする事が出来ます。

弊社考案では、基本理論に基づき、第1積の楕円積分関数を使用しており、理論上は正確です。

プリント基板の伝送損失(S21) シングルライン、デファレンシャル等全タイプ 伝送損失

プリント基板、デファレンシャルマイクロストリップライン、伝送損失
高周波の場合、信号損失は大きくなります。 今回銅箔の表面の粗さを考量した計算式を掲載しました。

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株式会社モーデック
で行っています。
下記リンクが伝送損失計算式です。

インピーダンス測定値の 測定周波数の 補正 信号減衰

2012年1月 電気磁気学理論より、考案
プリント基板のインピーダンス測定で低周波の測定器しか無い場合、
測定値を高周波の測定値に補正出来ます。 
インピーダンス,正確
その他のパータンの場合も殆ど対応可能です。

CoaXPress映像信号高速伝送 国際標準規格に 高周波基板

2011年3月23日 AIA/EMVA/JIIAの3協会間定例会議 で承認
シングル伝送6.25MHzで同軸で40m-100m伝送可能。
弊社では高周波設計、40GHzまでは十分な経験があります。 お任せ下さい。


米国・シカゴで開催されたAutomate2011期間中の3月23日に開催されたAIA/EMVA/JIIAの3協会間定例会議 (G3会議)に於いて、JIIAが2009年より提唱、規格化に取り組んでいたCoaXPress規格が、正式に満場一致で承認され、正式な国際標準規格として成立しました。

コアックスプレス(ジャパン)


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