보호를 과하게: 보호를 달았더니 망가진 포트

사례: 보호를 달았더니 망가진 포트

양산 보드의 12Gbps 링크입니다. 보호 부품 패드를 비운 상태로 컴플라이언스를 통과했습니다. 채널 자체가 건전한지 확인하는 일반적인 방법입니다.

그다음 팀이 ESD 보호를 업그레이드했습니다. 새 부품은 피크 펄스 정격이 높고, 킬로볼트 숫자가 크고, 클램핑도 좋았습니다. 누구도 부주의하지 않았습니다. 선정표에서 사람들이 보던 모든 열에서 더 좋았고, 실제로 그 뒤의 ESD 인증 결과도 훌륭했습니다.

그리고 링크가 아이 마스크를 통과하지 못하게 되었습니다. 보드의 다른 것은 아무것도 바뀌지 않았습니다.

여기서 이 노트 전체의 한 문장이 나옵니다. 그 부품은 사들인 목적의 일에서는 더 뛰어났고, 그 포트가 원래 하던 일을 망가뜨렸습니다.

아무도 읽지 않은 열

그 선정표에는 고속 링크가 살아남을지를 정하는 열이 하나 있고, 그것은 보호 파라미터가 아닙니다. 접합 정전용량입니다.

지나치기 쉬운 이유는 그것이 보호를 전혀 설명하지 않기 때문입니다. 그 행의 다른 모든 숫자는 방전 중에 무슨 일이 일어나는지에 대한 것이고, 방전은 백 나노초 동안 지속되며 제품 수명 동안 몇 번 일어나는 사건입니다. 정전용량은 나머지 모든 시간에 그 부품이 무엇을 하는지를 설명합니다. 즉 전 시간입니다.

메커니즘: 빠른 신호에게 이 부품은 커패시터

신호선에 올라앉은 보호 소자는 정합된 페어에 병렬로 걸린 션트 커패시턴스입니다. 모델은 그것이 전부이고, 여기서 잘못된 모든 것을 예측하기에 충분합니다.

숫자는 사람들이 생각하는 것보다 빨리 험해집니다. 30pF에서는 250MHz도 되기 전에 링크가 이미 3dB 떨어져 있습니다. 5GHz도 1GHz도 아니고 4분의 1기가헤르츠 이전입니다. 그런 부품은 I²C 버스나 버튼에는 전혀 문제가 없고, 뒤에 시리얼라이저가 있는 라인에는 쓸 수 없습니다.

그리고 12Gbps 링크의 6GHz 나이키스트 주파수에서는 등급 간 차이가 가차 없이 벌어집니다. 0.45pF는 약 0.7dB, 3pF는 약 9.5dB. 이퀄라이저로 되돌릴 수 있는 열화가 아닙니다.

거꾸로 읽기: 정전용량 상한

쓸모 있는 버전은 "내 부품이 얼마를 깎아먹느냐"가 아닙니다. "이 라인 레이트가 감당할 수 있는 정전용량의 최대치는 얼마냐"를 누군가 카탈로그를 열기 전에 뽑아 두는 것입니다. 나이키스트 주파수에서 1dB 손실을 허용한다고 하면:

• 480Mbps, USB 2.0 하이스피드에서 상한 약 13.5pF
• 5Gbps에서 상한 약 1.3pF
• 12Gbps, HDMI 2.1에서 상한 약 0.54pF

이렇게 하면 앞의 고장은 미스터리가 아니라 산수가 됩니다. 새 부품은 0.54pF 상한에 대해 3pF였습니다. 붙이기도 전에 이미 여섯 배쯤 예산 초과였고, 아무리 훌륭한 ESD 성능도 그것을 메우지 못합니다.

저희 부품이 어디에 놓이는지도 적어 둘 가치가 있습니다. PZ0303P-F10의 0.45pF는 12Gbps 상한의 바로 안쪽이지 한참 아래가 아닙니다. 이 일에 맞게 제대로 치수를 잡은 부품이지 영웅적으로 과사양인 것은 아니라는 것이 정직한 표현입니다.

제대로 고른 부품이 실제로 무엇을 깎아먹는가

상한 안에서 고른다고 해서 그 부품이 공짜라는 뜻은 아닙니다. 대가가 작고 또 알려져 있다는 뜻입니다. 그리고 저희는 누군가 스스로 발견하게 두느니 인쇄하는 쪽을 택합니다.

실제 12Gbps HDMI 2.1 링크에서 PZ0303P-F10의 유무를 측정한 결과:

• 아이 폭이 69.92피코초에서 66.48피코초로. 대가는 3.44피코초, 4.9퍼센트입니다.
• 지터가 11.18피코초에서 14.04피코초로. 대가는 2.86피코초, 25.6퍼센트입니다.
• 두 아이 모두 마스크를 통과합니다.

아이 폭과 지터는 정확히 션트 커패시턴스가 열화시키는 두 파라미터이고, 둘 다 모델이 말하는 방향으로 대략 그만큼 움직였습니다. 이 일치가 개별 숫자보다 중요합니다. 아직 붙여 보지 않은 부품을 위 모델로 예측해도 된다는 뜻이기 때문입니다.

세 번째 숫자에 대해 솔직하게

그 측정에는 세 번째 파라미터가 있고, 그것에 대해서는 포장하지 않겠습니다. 아이 높이는 소자를 붙였을 때가 안 붙였을 때보다 높게 측정되었습니다.

그것을 개선이라고 주장하지 않겠습니다. 개선이 아니기 때문입니다. 션트 커패시턴스가 아이 높이를 키울 메커니즘은 없습니다. 같은 링크를 두 번 측정할 때 나오는 편차 안에 들어 있고, 정직한 해석은 아이 높이가 움직이지 않았다는 것입니다.

그래도 데이터시트에 싣고 그렇게 설명합니다. 자기에게 유리할 때만 공개하는 측정은 누구도 믿을 가치가 없기 때문입니다.

해법: 데이터 레이트가 정전용량 등급을 고르게 하라

이 고장을 막는 선정 순서는 두 단계이고, 순서 자체가 요점입니다.

1. 먼저 데이터 레이트가 정전용량 등급을 고르게 하십시오. 어떤 품번도 책상에 올라오기 전에, 라인 레이트와 트레이스 임피던스로 상한을 구합니다. 이것은 신호 무결성의 결정이고 답은 하나입니다.
2. 그다음 그 등급 안에서 최고의 클램핑을 취하십시오. 상한 아래에 들어오는 부품들 중에서, 그때 비로소 보호 파라미터를 최적화합니다. 접촉 정격, 피크 펄스 전류, 클램핑 전압, 동적 저항.

이 순서로 하면 그 링크가 감당할 수 있는 최고의 보호를 얻습니다. 반대 순서로 하면 이 노트 첫머리의 고장을 얻습니다. 한 줄로 말하면, 그 등급이 허용하는 것보다 더 많은 클램핑을 사는 것이 보호된 포트가 컴플라이언스에 떨어지는 이유입니다.

느린 라인에서는 반대로 하십시오

이 실수의 거울상도 똑같이 비싸고 훨씬 덜 언급됩니다. 필요하지도 않은 정전용량에 돈을 쓰지 마십시오.

대략 480Mbps 아래에서는 상한이 13pF를 넘습니다. 즉 초저용량 부품은 신호에 아무것도 사 주지 않으면서 돈이 들고, 더 중요하게는 접합 면적을 잃게 만듭니다. 대신 더 큰 접합과 더 좋은 클램핑을 취하십시오. 느린 라인에서는 그것이 그냥 더 좋은 부품입니다.

초저용량은 품질의 표지가 아니라 특화입니다. 그것이 필요 없는 라인에 쓰면 두 번 값을 치르는 셈입니다. 한 번은 발주서에서, 한 번은 받지 못한 보호에서.

저희가 인쇄하는 것, 그리고 그 이유

대부분의 ESD 데이터시트는 정전용량 숫자에서 멈춥니다. 그 숫자는 필요하지만 충분하지 않습니다. 신호 무결성 엔지니어가 실제로 받는 질문은 그 부품이 채널에 무엇을 하느냐이기 때문입니다.

그래서 PZ0303P-F10에는 10GHz까지 실측한 S21과, 부품을 붙였을 때와 안 붙였을 때의 12Gbps HDMI 2.1 아이를 데이터시트 자체에 싣습니다. 요청받는 것이 바로 그 둘이고, 실어 두었다는 것은 정전용량 숫자를 저희 말만 믿고 받아들일 필요가 없다는 뜻입니다.

실무적인 제안도 있습니다. 데이터 레이트와 트레이스 임피던스를 알려 주시면 부품을 추천하기 전에 정전용량 상한을 드리겠습니다. 나중이 아니라 먼저입니다. 2분짜리 계산이고, 그 뒤의 대화가 의미 있는지를 정하는 것이 이것입니다.