在PCB設(shè)計(jì)中如何避免時鐘偏斜

在PCB設(shè)計(jì)中，您希望時鐘信號迅速到達(dá)其集成電路（IC）的目的地。但是，一種稱為時鐘偏斜的現(xiàn)象會導(dǎo)致時鐘信號早晚到達(dá)某些IC。當(dāng)然，這會導(dǎo)致各個IC的數(shù)據(jù)完整性不一致。

什么是時鐘偏斜

時鐘偏斜是一種現(xiàn)象，其中時鐘信號以不同的間隔到達(dá)不同的目的地。時鐘信號通常用于PCB設(shè)計(jì)中的同步通信。例如，串行外設(shè)接口（SPI）使用時鐘信號在設(shè)備之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

在理想的主機(jī)到多個從機(jī)組件的配置中，時鐘信號的傳播時間沒有延遲。時鐘總線上連接的所有組件均應(yīng)同時接收信號。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，會發(fā)生傳播延遲，并且時鐘脈沖可能以各種間隔到達(dá)目標(biāo)組件。時鐘偏斜的根源在于寄生電容和時鐘信號的不同走線長度。

想象一下一個來自驅(qū)動器的時鐘信號，它分成兩個不同的路徑。路徑A是路徑B長度的一半，并且它們都連接到不同的接收器。很自然，路徑A上的時鐘信號比路徑B上的時鐘信號更早到達(dá)目的地。

在電子產(chǎn)品中，時鐘信號用作組件的時間參考，以將接收引腳上的數(shù)據(jù)位鎖存。一些協(xié)議在向上的時鐘脈沖上鎖存數(shù)據(jù)，而其他協(xié)議在向下的時鐘脈沖上鎖存數(shù)據(jù)。無論采用哪種鎖存機(jī)制，可靠的時鐘參考都是重要的。

如果出現(xiàn)時鐘偏斜，則時鐘信號可能比預(yù)期的早或晚匹配。當(dāng)時鐘在數(shù)據(jù)信號更新之前更改時，接收組件會將舊數(shù)據(jù)鎖存到其寄存器中。如果協(xié)議基于時鐘穩(wěn)態(tài)而不是跳變來鎖存數(shù)據(jù)，則時鐘偏斜可能會導(dǎo)致接收器用兩個后續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋存儲器。

通常，時鐘偏斜對于低速設(shè)計(jì)不是問題，因?yàn)榇嬖诖罅空`差。但是，如果您要在數(shù)百MHz的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)高速應(yīng)用程序，則時鐘偏斜將成為真正的問題。

閂鎖錯誤可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)完整性嚴(yán)重受損，并且在實(shí)際應(yīng)用中可能造成災(zāi)難性的后果。對于時鐘偏斜引起的出牙問題，預(yù)防總是比治療更好。

防止PCB設(shè)計(jì)出現(xiàn)時鐘偏移的技巧

當(dāng)您了解時鐘偏斜的原因時，防止這種現(xiàn)象就變得容易了。防止時鐘偏斜的關(guān)鍵在于確保時鐘信號同時到達(dá)不同的接收器。

為此，您需要確保源組件和目標(biāo)組件之間的走線長度應(yīng)相等（長度匹配）。這意味著最短的走線長度可能不再是最佳路徑。

在典型的同步設(shè)計(jì)中，您需要將一個驅(qū)動程序連接到多個接收器?？赡苁牵承┙邮掌鲗⒏拷?qū)動器，而另一些接收器將更靠近PCB。您需要先將時鐘信號路由到最遠(yuǎn)的引腳，并確保其他時鐘信號走線以相同的長度路由。

避免時鐘信號分支以防止反射也很重要。這可以通過使用時鐘驅(qū)動器來完成，而不是直接從源組件路由到接收器。此外，在時鐘信號上使用阻抗匹配電阻也有助于確保時鐘信號的完整性。