Intel DDR布线之Tabbed Routing

2023-10-30

一、Overview

Tabbed Routing是一种在相邻的平行走线上连接小的梯形凸片,以更积极地控制走线的电容,以管理走线阻抗并补偿结构的电感效应的方法。

Tabbed Routing is a method of attaching small trapezoidal tabs on adjacent parallel traces to more aggressively control the capacitance of the traces to manage trace impedance and compensate for the inductive effects of the construction.


控制电容可以管理不可控制区域(例如pinfield)中的阻抗。 在整个信号路径中匹配阻抗可以减少信号反射,并提高信号完整性和通道吞吐量。

Controlling capacitance can help to manage impedance in uncontrollable areas such as a pin field. Matching impedance throughout the signal route can reduce signal reflection and increase the signal integrity and throughput of the channel.

控制互电容可以允许在open field进行走线压缩,并在不影响信号性能的情况下减少外部层上的远端串扰。 对于更长的breakout长度,这样可以有机会在表层上进行更多的通道布线。

Controlling mutual capacitance can allow for routing compression in open field areas, and reduce the amount of forward crosstalk on external layers without affecting signal performance. This creates the opportunity for longer breakout lengths at a minimum, with a possibility for additional channel routing on external layers.

二、Tabbed Routing

Tabbed Routing在pin field区域用来管理该区域的阻抗,以匹配传输线在其他走线层的阻抗。

Tabbed Routing在open field区域用来压缩走线区域,并改善表层噪声。

1、管理pin filed阻抗

pin filed区域的走线往往比较窄,阻抗通常会比open field区域的阻抗要大。由于pin field区域的非常规情况,PCB厂商一般只会测试open field的阻抗,但不会保证pin filed区域的阻抗控制。

在pin区域中沿常规走线添加梯形凸耳形状会增加走线的电容并降低阻抗。

Tab是隔开的,显示为集总而不是分立的元件。使用Tabbed Routing仍然不能保证pin field的阻抗,但可以和open field的阻抗 匹配。

功率传输理论说,当负载阻抗与电源阻抗匹配时,最大功率将传输到负载

•如果阻抗不匹配,则部分功率会反射回去
•当负载阻抗与源阻抗匹配且无反射时,将传输最大功率

阻抗匹配

在传输路线上,阻抗不匹配的地方就会有阻抗不连续,部分能量会反射回信号源,增加了电路噪声,削弱了信号的能量。同样,源和负载的不连续也会将信号反射回电路,从而产生二阶噪声效应。如果阻抗在整个电路中都匹配,则这些影响会最小化,并且信号传输也会最大化。

Tabbed Routing for Pin Field Impedance Management and Matching to the Open Field

在pin field沿着常规走线增加梯形tab 形状,该区域的阻抗会和open field的阻抗匹配。

在PF区域通过加一些梯形标签状的铜片,这部分区域的阻抗可以和open field阻抗相匹配。最大的形状由pin和pin之间的空间大小决定。

tabbed routing可以推广到走线线宽和pin field完全一致的escape area。但是需要注意,tabbed routing并不是一种固定的标签相向的模式,只是使用tab在走线之间创建电容。

 内层远端串扰的由来

PCB走线必须传输电流和相关电磁场,场的传输受到PCB材料的介电特性的影响。在均匀介质中,场以相同的速度传播(带状线),在非均匀结构中,场以不同的速度通过不同的介电材料传播(微带线)。这种传播差异导致在非均匀结构中产生正向波,从而在远端(接收器)处产生附加噪声。这在均质结构中不会发生,这种影响的严重程度随信号频率的增加而增加。

接收端的远端串扰就是奇模信号和偶模信号之间的传播延时。对于互相耦合走线,远端串扰的电压由以下公式定义:

V_{FEXT}=\frac{t_{flight}}{2}\left ( \frac{L_{m}}{L_{s}}-\frac{C_{m}}{C_{s}} \right )\frac{dV_{agg}\left ( t-tflight \right )}{dt}

传输时间固定,为了消除前向串扰,可以让感性容性关系为0.

因为感性已经固定,增加走线的tab可以调整容性。Cs是自容,Ls是自感,Cm是互容,Lm是互感。

在PCB加工过程中,不需要增加阻抗科邦管控pin field区域的阻抗。

所有的tabbed routing方案都会影响阻抗和噪声。Pin Field区域的tab可以改善阻抗管控,可以用在所有层面,Pin field区域的tab看起来像是蛇形走线,实际的走线布局由pin field区域的实际需求决定。

交叉手指状tab(下图中间)更适合在外层的开放区域使用,来压缩走线和管控噪声。

 Pin Field区域的Tabbed Routing不会管控阻抗到一个实际的值,它相当于提供了一个额外的电容元件,根据它来确定阻抗,以提供跨供应商的更一致的阻抗结果。对于传统的pin field区域走线,阻抗会随着板厂变化,板厂也不会管控此区域的走线阻抗。

交叉手指状的tabbed routing 使用面对相邻差分线中tab之间空隙的交替梯形tab。这种tab可以压缩走线,建立新的走线通道,并降低串扰,这可以走更长的线。这种tabbed routing专门针对外部层面。

 由于最左侧的走线更接近攻击线,所以影响也更大。对中间那条线的影响变小,但对间隔一条线的影响增加,但并不影响性能。

 传输字节的走线通常布局在一起。每条线的tab方式应该保持一致,但某些情况下,最外层的走线最好只布一面的tab。

内外层结构不同,tab数量和线宽也会不同,尽管这种方式有助于在拥挤的区域布线,但是必须要小心,内外层信号的传输时间是不同的。

 为了便于tabbed routing的设计,建议在边界位的两侧添加tab。通过这样做,传播时间和时间延迟将在所有的tab走线上是相同的。

为了考虑常规走线和tabbed走线之间的时延变化,引入了长度因子(LF)。LF为tabbed走线时延与常规走线时延的比值
为了保持tabbed走线上的时间延迟,常规走线应该增加一个由LF给出的因子。

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