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고속 차동 신호 전송에서의 피지컬 토토 사이트판 기준면의 영향

1. 소개: PCI-Express 및 시리얼 ATA 등、1Gbps 초급 고속 차동 시리얼 신호 전송이 범용적으로 사용되었다。피지컬 토토 사이트판의 차동 신호용 전송로는 +/-를 한 쌍으로 하는 결합 2선으로、또한 베타 플레인을 참조 평면으로 만드는 경우가 많습니다。이 기준면은 연속적인 신호 전송 품질 및 EMC 관점에서 이상적이지만、실제로 보드 작동에 필요한 전원 유형이 증가함에 따라、베타 플레인에 슬릿이 발생、여기에 차동 배선이 교차할 수 있음。이번 마이크로 스트립 차동 쌍 라인에서 기준면의 슬릿이 감쇠량에 미치는 영향을 예측하는 방법을 수립하기위한、차동 배선의 결합도를 변화시킨 피지컬 토토 사이트판을 작성、이 TDR、TDT 측정 결과로부터 슬릿이 있는 것에 의한 감쇠량(S_dd21)를 계산에서 구、실측치와 비교한 결과 신고。

2. 실험

제작한 피지컬 토토 사이트판의 개략을 도 1에 나타낸다。차동 배선 길이 300mm、유전체 두께 0.12mm 일반 FR-4 마이크로스트립。이 차동 임피던스(Z_diff)을 100Ω으로、공통 모드 임피던스 (Z_com) 25、30、40Ω이 되도록 선폭과 틈을 조절했다。마이크로 스트립의 기준면은 배선 양단에 배치된 SMA 커넥터의 GND 리드와 연결되어 있습니다、참조 평면에 슬릿이 없는 기판을 기준으로、기판 길이 방향 중앙의 제2층에만 5mm 폭의 슬릿을 구비한 기판을 작성했다。전기 특성 측정 방법、TDR、TDT로서 Agilent Technologies사 86100C+54754A +86112A、네트워크 분석기로 회사 E5071A를 사용함。

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결과 및 고찰

3.1 TDR

슬릿의 유무에 대한 TDR 측정 결과를 그림 2에 나타낸다。

프로브 팁의 상승 시간이 약 40ps에서 측정되는 경우,Z_com =30Ω 기판 Z_diff 는 기판 슬릿 횡단 부분에서 약 6Ω 증가하는 결과가 되었다。그림 3은 슬릿이 있는 기판의 Z_com의 변화에 대한 TDR 측정 결과이다. Z_com이 증가함에 따라 슬릿 부분의 Z_diff의 증가량이 감소하는 것으로 확인되었다.

図2 スリットの有無に対するTDR 測定結果

그림 2 슬릿의 유무에 대한 TDR 측정 결과

図3 Zcom変化とTDR 測定結果

그림 3Z_com변화와 TDR 측정 결과

3.2 슬릿부의 특성 임피던스

Z_diff은 오드 모드 전송 시의 특성 임피던스,Z_com은 이븐 모드 전송 중입니다、각각 공식 1、식 2로 표시됨。

式1、式2

v_odd은 오드 모드 전송 시 전송 속도, v_even은 이븐 모드 전송 시 전송 속도, C₁은 배선과 베타 플레인 사이의 커패시턴스, C₁₂은 배선 간의 커패시턴스입니다。슬릿이 없는 상태의 Z_diff,Z_com,v_odd및 v_even은 TDR 및 TDT보다 측정 가능하기 때문에 식 1과 식 2보다 C₁₂을 계산할 수 있음。한쪽、슬릿 부분의 특성 임피던스 Z_diff'는 수학식 3으로 표현될 수 있다.

여기서 그림 2의 TDR 파형의 종단 개방 상승으로부터、슬릿의 유무에 의한 전파 속도의 변화는 미량으로 생각할 수 있다,v_odd’≒ v_odd 와 근사할 수 있음。또한 일반적인 차동 배선에서는 슬릿부의 배선과 모든 평면 사이의 정전 용량 C₁’는 C₁₂ 에 비해 훨씬 작기 때문에 C₁₂+C₁’/2≒C₁₂과 근사할 수 있습니다. 따라서 Z_diff’는 Z_diff,Z_com,v_odd,v_even의 함수로서 식 4에서 근사할 수 있게 된다。

3.3 슬릿부의 투과 특성 예측

이번 실험 회로를 그림 4로 했을 때、슬릿 부분의 ABCD 행렬은 식 5로 나타낼 수 있음。

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그림 4 이번 실험 회로의 모델

여기서 β는 전송 상수、d는 슬릿 간극。βdZ_com =25Ω은 0과 같은 미소수이므로 식 5는 식 6에 근사할 수 있다。

또한, 도 4로부터 식 7~식 9를 도출할 수 있다.

式7~式9

V_2MAX은 슬릿이 없을 때 종단 저항에 걸리는 전압이다。식 6~식 9에서 I₁,I₂,V₁ 을 지울 때、슬릿에 의한 감쇠량의 변화는 식 10과 같다。

3.4 계산된 값과 실제 측정값의 비교

Z_diff =100Ω、슬릿 폭이 5mm인 기판의 Z_com의 변화에 대한 슬릿 부분의 ⊿S_dd21 계산 결과를 도 6에 나타낸다. Z_com이 작을수록、큰 감쇠는、그림 2의 TDR 측정 결과의 추세와 일치。
또、슬릿이 없는 기판、슬릿이 있는 기판、슬릿이 없는 기판에 식 9에서 산출한 슬릿의 값을 더하여 산출한 S_dd21를 도 6에 나타낸다. 실측 결과는 Z_com이 증가함에 따라 슬릿 부분에서 임피던스 불일치로 인한 커넥터 장착 부위와 슬릿 사이의 길이에 해당하는 주기적 S_dd21저하가 보이기 때문에、완전히 계산 결과와 일치하지는 않지만、이번 계산에서 구한 슬릿 부분의 ⊿S_dd21과 실측치가 거의 일치한다.

図5 Zcom 変化に対する⊿S피지컬 토토 사이트21 計算結果

그림 5Z_com 변화에 대한 ⊿S_dd21 계산 결과

図6 S피지컬 토토 사이트21 の実測値と計算値

그림 6S_dd21의 실측치 및 계산값

4. 결론: 마이크로 스트립 차동 배선의 기준면에 슬릿이 있음、차동 배선이 교차하는 경우 Z_com이 작을수록 ⊿S_dd21슬릿이 없는 경우에 비해 감쇠하는 것으로 나타났습니다。그리고、슬릿이 없는 기판의 차동 배선의 특성 임피던스와、오드、이븐 각 모드에서의 전파 속도로부터 구한 슬릿부에서의 감쇠량은 실측치와 잘 일치했다。향후、슬릿 길이를 변경한 기판으로 실험을 수행、이 예측 기법의 범용성을 검증할 예정。

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