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ADI:大型多GHz时钟树中的相位误差

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 简介大型时钟树使用多种类型的传输线,跨越多块电

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简介

大型时钟树运用多种类型的传输线,跨越多块电路板和多条同轴电缆,经过多个时钟器材路由时钟信号的状况并不罕见。即便选用最佳实践做法,这些介质中的任何一种都或许带来大于10 ps的相位误差。但是,在一些运用中,需求一切时钟信号完成小于1 ps的误差。其间一些运用包含相控阵、MIMO、雷达、电子战(EW)、毫米波成像、微波成像、外表和软件界说无线电(SDR)。

本文指出了规划进程、制作进程和运用环境中或许导致1 ps或以上相位误差的几个关心问题。关于这些关心问题,本文将供给一些主张、示例和经历规律,协助读者直观地了解相位误差的根本原因和起伏。

传输线的推迟等式

这儿列出的等式用于预算单个时钟途径的传达推迟(τ pd)和由于多个时钟传达途径或环境条件改动导致的传达推迟的改动值在大型时钟树运用中,时钟走线之间的Δτpd是总体系时钟偏移的一部分。等式1和等式2供给了两个主变量,它们用于操控一条传输线的τpd:传输线的物理长度(ℓ)和有用介电常数(Ɛ eff)。关于等式1,vp表明传输线相速度,VF表明速度因子(%),c表明光速(299,792,458 m/s)。

Equation 1
Equation 2

等式3核算两条传输线之间的增量传达推迟 (∆τpd)

Equation 3

传输线介电资料具有随温度而改动的特性。介电常数的温度系数(TCDk)一般用相位改动(Δϕppm)与温度的联系曲线表明,单位为百万分之一(ppm);其间Δϕppm值为方针温度下的相位与基准温度(一般为25°C)下的相位的差值。已知温度,Δϕppm和传输线长度时,等式4用于预算传达推迟相关于基准温度的改动。

Equation 4

同轴电缆介电资料具有因电缆曲折而改动的特性。电缆曲折的半径和视点决议了有用介电常数的改动。一般地,经过比较特定电缆曲折的相位与直线电缆的相位,将其表明为相位的改动(Δϕdeg)。关于已知Δϕdeg、信号频率(f)和电缆曲折,等式5用于预算传达推迟的改动。

Equation 5

推迟改动留意事项

传输线的挑选

主张: 为了在多条走线之间取得最佳推迟匹配作用,就要匹配走线长度和传输线类型。

经历规律:

  • 两条走线长度之间相差1mm,就相当于Δτpd ~6 ps(两个走线长度之间相差6mil就相当于Δτpd ~1 ps)。
  • 带状线比微带线或导体背衬的共面波导(CB-CPW)慢约1 ps/mm。

不同的传输线类型会发生不同的Ɛeff和vp。运用等式2,这意味着物理长度相同的不同传输类型则有不同的τpd。表1和图1供给了三种常见传输线(CB-CPW、微带线和带状线)的仿真成果,凸显了Ɛeff、vp和τpd之间的差异。该仿真预算得到,关于10厘米的CB-CPW走线,τpd比相同长度的带状线走线大100 ps。仿真是用Rogers Corporation的微波阻抗核算器(Microwave Impedance Calculator)生成的。

表1. 图1中的Rogers 4003C仿真成果
CB-CPW微带线带状线
Ɛeff2.522.763.55
vp (m/s)1.89 × 1081.80 × 1081.59 × 108
τpd/mm
(ps/mm)
5.29 5.54 6.28
H (mm) 0.508 0.508 0.508
W (mm) 0.863 1.16 0.538
S (mm) 0.228

Rogers 4003C的相对磁导率(Ɛr),也称为介电常数(Dk),为3.55。留意,在表1中,CB-CPW和微带线的Ɛeff较低,由于它们暴露在空气之下,而空气的Ɛr = 1。

要在同一层或许用同一种类型的传输线来对那些要求延时匹配的信号进行走线并不是总能完成的。表2供给了在为不同走线挑选传输线类型时需求考虑的一些通用要素。假如需求匹配不同传输线类型的τpd,最好运用电路板仿真东西而不是手动核算和经历规律。

表2. 广义传输线的考虑要素
CB-CPW 微带线 带状线
路由密度最佳
信号阻隔最佳
最小信号衰减最佳
制作工艺改动最佳
高频下的全体最佳功能 一般状况下,Ɛeff越低越好
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