Enrutamiento de señales USB, DVI y Ethernet en una PCB grande versus el uso de cables largos

No soy un experto en este campo (hay muchas cosas que vamos a considerar), pero ...

  

¿Los cables USB / DVI / Ethernet son una solución trivialmente más fácil para decenas de cm?

USB, DVI y Ethernet son muy diferentes, por lo que es difícil generalizar, pero diría "sí, un poco". Tal vez no para 10-30 cm, pero 50 cm + definitivamente está llegando allí. DVI es definitivamente el más sensible; USB 2.0 puede correr largas distancias a través de enlaces horribles, 1G Ethernet usa PAM-5 y, por lo tanto, tiene un ancho de banda muy bajo, pero DVI puede ser infeliz Podría valer la pena aclarar qué tasas de datos específicos está investigando.

  

El blindaje intuitivo de un cable contra EMI y la interferencia cruzada parece más fácil que lograr el mismo rendimiento con una PCB de 4 capas.

Tipo de. Un cable con un protector de lámina y un cable de drenaje hace un buen trabajo de protección del cable de fuentes externas de interferencia, y el diseño adecuado del cable (pares trenzados con diferentes tasas de torsión) hace mucho para reducir la interferencia entre pares. Cuando ejecuta trazas a larga distancia en una PCB, a menudo están muy cerca de fuentes significativas de ruido: planos, fuentes de alimentación, otras señales digitales de alta velocidad, y debido a la geometría de una PCB puede ser difícil protegerlas. Sin embargo, también puede incrustar trazas entre planos limpios, lo que puede dar como resultado que los carriles funcionen bien muy , suponiendo que tenga un buen stackup.

  

Pero entonces el control de inclinación parece más fácil con PCB que con pares trenzados.

Sí, el control de inclinación es más fácil, pero la mayoría de los protocolos de alta velocidad diseñados para cables "de calidad de consumidor" son muy tolerantes de desviaciones entre pares, aunque pueden ser menos tolerantes de desviaciones entre pares , el último de los cuales se trata mediante un cuidadoso diseño del cable. Con los pares USB 2.0 y USB 3.0 SS, solo hay un carril, por lo que no existe un sesgo entre pares. En los protocolos de varios carriles, generalmente hay un mecanismo por el cual el receptor puede (dentro de los límites) compensar la desviación entre pares mediante "bits de deslizamiento" hasta que los carriles estén alineados (es decir, el receptor busca patrones de sincronización y ajusta una serie de -bit retrasos para alinear todos los carriles).

Para trayectos de 40 cm, depende en gran medida de la velocidad de datos y de la capacidad de su receptor (es decir, ¿qué tipo de ecualización tiene y cuánto puede aplicar?). La pérdida en FR4 es un tanto lineal entre 2 y 5 Gbps, por lo que normalmente se trata de hacer cálculos matemáticos y descubrir qué tan destrozado estás. Las herramientas de simulación como Hyperlynx pueden ser muy valiosas para entender cómo las estructuras de PCB, los conectores, la terminación, etc. se ven afectados.

Ciertamente, hay productos que intentan llenar este vacío: cable de sobrevoltaje de Samtec viene a la mente, lo que te permite enrutar señales rápidas estúpidas distancias muy largas, placa a placa (pérdida de inserción de -7 dB a lo largo de 1 m a 8 GHz, por ejemplo).

Si realmente está intentando enrutar USB / DVI / Ethernet a lo largo de 40 cm de PCB, podría ser más apropiado preguntar: ¿Por qué y es realmente necesario?

El punto realmente es que todos estos buses con alta velocidad, pero cables baratos, pasan por longitudes relativamente grandes en ecualización y deskewing (si son paralelos). USB3 es significativamente más complejo que USB2, por ejemplo, porque no se pueden hacer muchas suposiciones simplificadoras de los cables en las frecuencias más altas.

Espero que el blindaje y la garantía de una característica específica de la línea de transmisión sea mucho mucho más difícil con conectores y cables que en una PCB, especialmente una de 4 capas , donde realmente puedes incrustar líneas de microstrip entre planos de tierra. Sí, hay ondas superficiales en el sustrato de PCB, pero si no estás cometiendo errores graves, serán mucho menos que por ejemplo. radiación de conectores imperfectos.

Todo se reduce a lo que necesita: ¿Si en realidad solo necesita llevar USB al otro extremo de su PCB (que ya es tan grande)? Entonces simplemente enróllalo. No es tanto un esfuerzo adicional; especialmente USB2 (incluso HiSpeed) se ha vuelto tan robusto que realmente no necesita preocuparse por un centímetro o tres de inclinación.

Ethernet podría ser una bestia diferente, pero, de nuevo, de todos modos, definitivamente está ocurriendo una ecualización extensa, así que dudo que el diseño de la placa (y la larga huella entre el dispositivo lógico y el magnetismo) te maten. Si puede, compare el efecto (hoja de datos) de tener la PHY cerca de su magnetismo y de sus controladores.

DVI: sí, eso suena como el más difícil de estos tres. Pero, honestamente, no es muchas líneas críticas , y honestamente no veo por qué su tablero se desempeñaría peor que un cable.