Nhiễu xuyên âm: hai cặp mà đo riêng thì cặp nào cũng tốt

Trường hợp: đo riêng thì cặp nào cũng sạch

Hai cặp tốc độ cao trên cùng một đầu nối, mỗi cặp có một mảng bảo vệ điện dung thấp. Mỗi cặp được dựng lên và đo riêng. Cả hai qua mặt nạ mắt còn dư. Chứng nhận ESD đạt trên mọi chân.

Rồi cho chạy đồng thời cả hai cặp, và một cặp bắt đầu có lỗi bit.

Chi tiết quan trọng là những gì đã không xảy ra. Không có gì hỏng. Không có gì nóng. Không phải thay gì cả, và chỉ cần huấn luyện lại là đường truyền tự quay về. Một linh kiện đã bị phá hủy thì không hồi phục nhờ huấn luyện lại.

Đây là vấn đề tín hiệu, không phải lỗi bảo vệ

Nên tách hai chuyện này ra từ sớm, vì chúng hay bị điều tra như một thứ trong khi chỗ phải sửa hoàn toàn khác nhau.

• Vấn đề ESD được sửa bằng linh kiện. Bạn đổi linh kiện, hoặc đổi vị trí của nó so với đầu nối, thì hành vi kẹp áp đổi theo.
• Vấn đề nhiễu xuyên âm được sửa bằng hình học. Linh kiện chỉ giúp hoặc hại ở đúng một điểm là chân của nó nằm ở đâu, còn thay đổi thông số kẹp áp thế nào cũng không làm câu trả lời nhúc nhích.

Vậy nên câu hỏi cần trả lời không phải là "bảo vệ đã đủ tốt chưa". Mà là: linh kiện bảo vệ trên các đường này có đang mang cặp này sang cặp kia không, và nếu có thì nó đặt bao nhiêu nhiễu lên cặp yên tĩnh?

Nhiễu xuyên âm là gì

Một đường đang chuyển mạch đẩy năng lượng sang đường yên tĩnh bên cạnh. Có hai đường ghép và luôn luôn cả hai đều hiện diện.

• Điện trường ghép qua điện dung tương hỗ. Hai dây dẫn tạo thành một tụ nhỏ, và điện áp thay đổi ở bên này đẩy dòng sang bên kia.
• Từ trường ghép qua điện cảm tương hỗ. Dòng thay đổi trên một đường móc từ thông vào vòng của đường kia và cảm ứng ra điện áp trong đó.

Cả hai đường đều không cần một kết nối giữa hai dây. Điều này đáng nói thành lời, vì nó giải thích vì sao mọi phép kiểm tra đi tìm kết nối đều đạt. Đo thông mạch, soát netlist, kiểm tra bằng mắt, tất cả đều qua. Không có gì để tìm cả, mà sự ghép vẫn đang diễn ra.

Ghép bao nhiêu, và vì sao mỗi thế hệ lại tệ hơn

Một công thức gánh gần hết. Với đường ghép điện dung, nhiễu trên đường yên tĩnh là:

V_n = C_m × dV/dt × Z₀/2

Tốc độ biến thiên điện áp bằng biên độ chia cho thời gian sườn lên, nên nhiễu ghép tỉ lệ nghịch với thời gian sườn lên. Sườn nhanh gấp đôi thì nhiễu ghép cũng gấp đôi.

Đó là lý do cùng một bo lại tệ đi từ thế hệ này sang thế hệ khác trong khi nhìn bề ngoài chẳng có gì đổi. Cùng khoảng cách, cùng cấu trúc lớp, cùng linh kiện bảo vệ, cùng tất cả. Thứ duy nhất đổi là sườn tín hiệu, và nhiễu đi kèm theo nó. Một thiết kế còn dư dả ở sườn 200 ps thì ở 50 ps chỉ còn một phần tư phần dư đó.

Nó cũng giải thích luôn dáng của trường hợp này. Từng cặp chạy riêng thì không sao vì không có bên gây nhiễu. Đúng lúc cả hai cùng chạy, một cặp trở thành bên gây nhiễu cho cặp kia.

Linh kiện bảo vệ dính vào chuyện này ở đâu

Một linh kiện bảo vệ làm hai việc hoàn toàn tách biệt với một đường tốc độ cao, và hai việc đó liên tục bị đổ lỗi cho nhau.

1. Nó thêm điện dung vào đường. Mọi linh kiện bảo vệ đều là một tụ mắc song song với tín hiệu. Đó là tải. Nó hiện ra thành suy hao chèn và sườn chậm đi, và chỉ trên chính đường đó.
2. Chân của nó quyết định hai cặp chạy gần nhau tới đâu. Kiểu vỏ quyết định hai cặp phải lướt qua nhau gần thế nào và giữa chúng có gì hay không. Đó là sự ghép. Nó hiện ra thành nhiễu trên cặp kia.

Nguyên nhân khác nhau thì cách chữa cũng khác. Hạ điện dung chữa được tải. Nó hoàn toàn không làm gì cho sự ghép. Chỉ hình học mới chữa được sự ghép.

Vậy nên câu đáng mang về từ bài này là: nếu bạn so linh kiện bảo vệ chỉ bằng điện dung, bạn mới so được một nửa.

Hiệu ứng một, tải: điện dung tốn bao nhiêu

Một tụ song song trên đường truyền có suy hao chèn tính rất thẳng, và các con số ở 5 GHz đáng nhớ, vì đầu thấp nhỏ hơn người ta tưởng còn đầu cao lớn hơn người ta tưởng.

• 0,18 pF tốn khoảng 0,09 dB
• 0,28 pF tốn khoảng 0,21 dB
• 0,45 pF tốn khoảng 0,51 dB
• 1,0 pF tốn khoảng 2,09 dB

Từ danh sách đó rút ra hai điều. Thứ nhất, đi từ 0,45 pF lên 1 pF không phải một bước nhỏ: đó là gấp bốn lần suy hao chứ không phải gấp đôi, vì suy hao tăng nhanh hơn điện dung. Thứ hai, ở đầu thấp thì khác biệt thật sự nhỏ, chênh giữa 0,18 pF và 0,28 pF chưa tới một phần mười decibel và gần như không bao giờ là thứ đang ăn mất phần dư của bạn.

Mô hình này không phải phỏng đoán. Nó dự đoán 0,51 dB ở 5 GHz cho 0,45 pF, và đó đúng là con số chúng tôi đo trên một đường 12 Gbps thật và in trong datasheet của PZ0303P-F10.

Hiệu ứng hai, hình học: chân đất nằm ở đâu

Ghép bên trong một cặp chính là bản thân cặp đó. Cặp vi sai sinh ra để làm việc ấy và nó không phải vấn đề. Vấn đề là ghép giữa cặp này với cặp kia, và linh kiện bảo vệ lại ngồi đúng ở chỗ hai cặp buộc phải đi gần nhau nhất.

PZ0303P-F10 là vỏ DFN2510-10L mười chân. Hàng dưới có thứ tự kênh 1, kênh 2, đất, kênh 3, kênh 4, nên chân 3 nằm đúng giữa cặp A và cặp B.

Phần quan trọng hơn nằm ở phía bên kia. Hàng trên là 10, 9, 8, 7, 6, và chân 8 cũng là đất, đối diện thẳng chân 3. Nghĩa là không phải chỉ có một chân đất đứng giữa hai cặp, mà là cả hai hàng đều là đất ở cùng một vị trí, tạo thành một bức tường đồng nối đất chạy ngang qua con linh kiện đúng tại điểm hai cặp lướt qua nhau.

Đó là chỗ mà một chân đất thật sự đáng đồng tiền, vì nó đứng giữa hai mạng không được phép nói chuyện với nhau và cho trường đã ghép một chỗ để kết thúc thay vì đi tiếp sang cặp bên cạnh.

Chúng tôi sẽ lắp gì

1. Khi có hai cặp thì dùng PZ0303P-F10. Bốn kênh nên cả hai cặp vào chung một linh kiện, và cả hai hàng đều có chân đất đứng giữa. 0,45 pF, điện áp làm việc 3,3 V, 6,0 A ở 8/20 µs, điện trở động 0,21 ôm, ±16 kV tiếp xúc và ±21 kV không khí, DFN2510-10L.
2. Khi chỉ có một cặp và điện dung là con số chặt nhất trên trang thì dùng PZ0302A-F7. Hai kênh với 0,18 pF điển hình và 0,28 pF tối đa, điện áp làm việc 3,3 V, 6,5 A, ±18 kV tiếp xúc và ±21 kV không khí, DFN1610-6L.

Một điều về cách chúng tôi ghi những con số đó. Chúng tôi công bố điện dung tối đa chứ không chỉ điển hình. Giá trị điển hình là giữa một phân bố, còn những bo tệ nhất của bạn không được làm từ những con linh kiện điển hình. Hãy thiết kế theo giá trị tối đa, và nếu datasheet của hãng khác chỉ cho bạn giá trị điển hình thì điều đó đáng hỏi trước khi bạn đem hai bên ra so.

Để trả lời cho đàng hoàng, chúng tôi cần gì từ bạn

Cả hai hiệu ứng đều có thể quy ra con số trước khi vẽ bo, nhưng chỉ một cái nằm trên datasheet. Điện dung thì chúng tôi đã biết. Sự ghép phụ thuộc hình học của bạn, nên cần bốn thứ:

1. Tốc độ đường truyền, nó quyết định bạn đang ngồi ở đâu trên đường cong suy hao chèn.
2. Tốc độ sườn, đây mới là thứ thực sự đẩy sự ghép, và thường nhanh hơn tốc độ đường truyền gợi ý.
3. Khoảng cách giữa hai cặp, tức hai cặp cách nhau bao xa và chạy song song bao dài.
4. Cấu trúc lớp, vì mặt phẳng tham chiếu nằm gần tới đâu sẽ quyết định bao nhiêu phần trường ở lại cục bộ thay vì lan sang hàng xóm.

Có bốn thứ đó, chúng tôi đưa được tải và sự ghép cho bạn dưới dạng con số chứ không phải ý kiến, và nói cho bạn biết cái nào mới thật sự đang ăn phần dư. Khá thường xuyên nó không phải cái đang bị đổ lỗi.