Tutoriel Signal Integrity

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Ce Tutoriel sur l'intégrité du signal SI (en anglais signal integrity) explique dans des petits film les notions fondamentales de la transmission de données high-speed. Si des lignes de signal numériques dans un layout PCB sont plus longues que la longueur critique, il ne s'agit plus de lignes normales mais de lignes de transmissions (en anglais transmission line). Cela signifie que les signaux high-speed doivent considérer des règles de conceptions particulières. De telles règles de conception peuvent être trouvées dans votre fiches technique des composants ou vous les déterminez vous-même par une simulation SI de l'intégrité du signal.

Signalintegrität Tutorial

Longueur critique (critical length)

Avec la transmission des signaux numériques la propriété de la ligne de transmission se modifie. Dans les longueurs de lignes courtes le signal reste pratiquement inchangé. Dans les grandes longueurs de ligne des réflexions et des retards se produisent. La longueur critique d'une ligne indique, de quel point la connexion doit être considérée en tant que ligne de transmission (transmission line). La longueur critique est calculée à partir de la vitesse du signal et du temps de montée.

 

Vitesse de transmission (Propagation Delay)

Pour les lignes sur un circuit imprimé (PCB) on fait la différence entre deux types de ligne. La Microstripline se trouve sur les faces externes et ne possède qu'un plan de référence tandis que la Stripline sur des couches internes circule entre deux plans de références. La vitesse de propagation du signal dans une Stripline calcule simplement car il faut considérer qu'une constante diélectrique (εr) et il en résulte le plus souvent une valeur autour de 15 cm/ns. Avec une Microstripline il y a de l'air ou du vernis protecteur sur une face et le calcul est plus complexe. La vitesse de transmission sur des Microstriplines est plus vite que sur des couches internes.

 

Incident Wave (onde incidente / apmlitude initiale)

Si un driveur est connecté à une longue ligne il "voit" au début seulement une ligne de transmission. L'amplitude du signal du driveur est dépendante de l'impédance et la résistance interne du driveur. Plus le driveur est fort plus sa résistance interne est plus petite. A partir de la première amplitude mesurée la résistance interne d'un driveur peut être calculée.

 

Réflexions

A chaque fois ou un signal transmis tombe sur une discontinuité de l'impédance, il se produisent des réflexions. Des causes de discontinuités sont: changement d'impédance (structure de couches), vias ou des charges d'impédance. L'amplitude et la polarité de l'onde reflétée est le produit de l'onde incidente et du coefficient de réflexion. La tension du signal est la somme de l'onde incidente et de l'onde reflétée (positive resp. négative). Aussi des signaux reflétés seront de nouveau réfléchis vers le driveur après avoir complètement reflués du récepteur au driveur.

 

Ligne de transmission (Transmission Line)

Par le passé les connexions sur des circuits imprimés pouvaient être considérées comme idéales car le signal appliqué arrivait quasiment en même temps au récepteur. Avec les hautes fréquences d'aujourd'hui et par voie de conséquence des temps de montées rapides il y a des signaux différents à l'émetteur et au récepteur. Les connexions sur le circuit imprimé doivent être acceptées en tant que schéma équivalent d'éléments RLGC cascadés. Par conséquent le comportement du courant alternatif se modifie notamment pour d'hautes fréquences.

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