Home Signaalintegriteit

Signaalintegriteit

Hoge datasnelheden stellen ontwikkelaars van elektronica voor grote uitdagingen. Datasignalen via elektrische verbinding worden beïnvloed door allerlei effecten die de signaalintegriteit kunnen ondermijnen. Omdat elke dataverbinding elektrisch begint en eindigt, is het vooral bij hoge snelheden noodzakelijk om deze effecten te ondervangen of te compenseren. Dat vraagt om gespecialiseerde kennis en een grondige aanpak.

Signaalintegriteit in elektrische verbindingen

Een elektrische verbinding kan digitale informatie doorgeven door bits te converteren naar afwisselend hoge en lage spanningen. Om de informatie intact over te brengen, moeten deze ‘elektrische bits’ met voldoende kwaliteit aankomen bij de ontvanger. Deze signaalintegriteit wordt bepaald door drie hoofdeffecten: reflecties, verlies en overspraak. De signaalintegriteit kan gemeten worden met een zogenaamd ‘oogpatroon’.

Reflecties

Bij hoge datasnelheden gaan elektrische bits zich steeds meer gedragen als een elektromagnetische golf. Veranderingen in spoorbreedte, wisselingen van PCB-laag (via’s) en connectoren zorgen voor reflecties (of echo’s) van de golf. Hierdoor kunnen opeenvolgende bits elkaar verstoren en wordt het moeilijker om ze van elkaar te onderscheiden.

Verlies

Informatie kan ook wegvallen uit een highspeed elektrisch datasignaal doordat een deel van de elektromagnetische energie verloren gaat in de vorm van warmte. De omvang van het verlies hangt af van ontwerpkeuzes zoals het type substraat, de methode waarmee het koper hierop aangebracht is en het gebruik van soldeermasker. Ook omgevingsfactoren als temperatuur, vochtigheid en veroudering spelen een rol.

Overspraak

Overspraak, of crosstalk, treedt op wanneer elektrische dataverbindingen dicht bij elkaar liggen. Inductieve en capacitieve effecten zorgen voor elektromagnetische interferentie tussen de verbindingen, waardoor signalen elkaar verstoren. Ook deze interferentie heeft een negatieve invloed op de signaalintegriteit.

Signaalintegriteit: veel knoppen om aan te draaien

Er zijn in totaal enkele tientallen onderdelen van uw ontwerp die invloed hebben op het ontstaan van reflecties, verlies en overspraak. De kwaliteit van de voeding (power integrity), eventuele kabels, de lay-out van sporen en de optimalisatie van via’s zijn cruciaal. Maar ook de signaalverwerking: signaalmodulatie, equalizers en foutcorrectie. Kortom: er zijn veel knoppen om aan te draaien, en die hangen ook nog op een complexe manier samen.

De zogenaamde Channel Operating Margin (COM) is een gestandaardiseerde waardering van de signaalintegriteit van highspeeddataverbindingen. De COM integreert alle factoren die invloed hebben op de signaalintegriteit in één enkele score. Hiermee kunnen ontwerpbeslissingen helder tegen elkaar afgewogen worden. De COM laat ook zien hoeveel invloed de verschillende onderdelen van een ontwerp hebben op het oogpatroon.

Return On Modeling Effort

In een highspeed-ontwikkelingstraject is het belangrijk om signaalintegriteit voldoende aandacht te geven, juist in de beginstadia. Dit voorkomt kostbare redesigns en vertraging in latere stadia.

Simulatie en meting zijn onmisbare gereedschappen om de signaalintegriteit te kunnen bepalen. De benodigde investering in tijd en geld is substantieel: complexe tooling, grote inspanningen voor modellering, verificatie aan de hand van meetresultaten en optimalisatie van het ontwerp. De ‘Return on Modeling Effort’ (RoME) kan hierdoor negatief uitvallen.

Technolution Advance heeft veel ervaring met de ontwikkeling van highspeedsystemen. Daarnaast doen wij eigen research op dit gebied. Onze ruime expertise in tooling, modellering en optimalisatie vertaalt zich in een maximale RoME voor onze klanten. Met andere woorden: wij bieden kosteneffectief, snel en waardevol inzicht in de signaalintegriteit van uw systeem.

Wijzigingen in het ontwerp kosten meer tijd en geld in de latere stadia

Bekijk ons webinar over signaalintegriteit bij snelle dataverbindingen

Wat zijn reflectie, verlies en overspraak bij het elektrische deel van highspeeddataverbindingen, welke onderdelen van het ontwerp dragen hieraan bij en hoe blijven zij beheersbaar in een project? Bekijk voor een korte inleiding in de uitdagingen, complexiteiten en aanpak van signaalintegriteit ons (Engelstalige) webinar Webinar The Fast & The Flawless – The Challenges of Signal Integrity In High-speed Systems.