玻纤效应的时序偏差
随着比特率继续飙升，光纤编织效应时序偏移正成为一个越来越严重的问题。对于 5GB/s 及以上的信号传输速率，它实际上会毁了您的一天。例如，左图显示由于 12.7 英寸的纤维编织效果，5GB/s 的接收眼完全闭合。使用 Agilent ADS 软件进行建模和仿真。
那么，什么是纤维编织效应，我们为什么要关注它呢？嗯，当我们想要描述玻璃纤维增强介电基板在两条或多条相同长度的传输线之间导致时序偏移的情况时，它是常用的术语。由于 PCB 制造过程中使用的介电材料由编织成布并浸渍环氧树脂的玻璃纤维纱线制成，因此变得不均匀。
信号沿传输线传播的速度取决于周围材料的相对介电常数 （er） 或介电常数 （Dk）。Dk 越高，信号沿传输线传播的速度越慢。当一条迹线恰好在一束玻璃纱上排列了其长度的一部分时，如左图中的顶部迹线所示，与另一条相同长度的迹线（主要在树脂上排列）相比，传播延迟是不同的。这称为 timing 或 phase skew，是由于围绕相应走线的 delta Dk 造成的。
纤维编织效应是一个统计问题。PCB 设计具有长平行长度的布线，没有任何弯曲或点动，这种情况并不少见。在大型无源背板设计中尤其如此。因为 fiber weave pattern 往往与 x-y 轴平行，所以如果你构建了足够的 boards，任何以相同方式运行的 traces 最终都会遇到最坏情况的 timing skew 情况。英特尔在两年内汇编了 58,000 多次 TDR 和 TDT 测量数据后证明了这一点。2007 年，Jeff Loyer 等人发表了一篇 DesignCon 论文“纤维编织效应：实用影响分析和缓解策略”，他们在其中发布了数据并提出了减轻纤维编织偏斜影响的技术。他们从统计学上表明，最坏情况下的时序偏斜可能约为每英寸 16ps，表示 delta Dk 约为 0.8。
在高速差分信号中，这是一个问题，因为正 （D+） 和负 （D-） 数据之间的任何时序偏移都会将一些差分信号转换为公共信号分量。最终，这会导致接收器的眼闭，并导致 EMI 辐射。
您可以使用以下公式计算 timing skew：
哪里：
tskew = 由于光纤编织效应长度（秒）引起的总时序偏移
Dkmax= 以玻璃纤维为主的材料的介电常数。
Dkmin= 树脂为主的材料的介电常数。
c = 光速 = 2.998E+8 米/秒（1.18E+10 英寸/秒）
您可以用来估计 Dk 最小值和最大值的一种实用方法是研究 PCB 层压板供应商提供的材料特性。考虑现代 PCB 层压板结构中使用的两种极端样式的玻璃纤维布，如左图所示。松散编织图案 106 的树脂含量在所有最流行的编织中最高，而紧密编织图案 7628 的树脂含量最低。因此，您可以使用布料样式 106 和 7628 的指定 Dk 值来分别获得 Dkmin 和 Dkmax。一旦你有了这些并应用了容差，你就可以估计 t偏斜 。
例：
假设 Fr4 材料;一英寸纤维编织效果;Dk106= 3.34（+/-0.05） 和 Dk7628= 3.97（+/-0.05），则时序偏移计算如下：
现代串行链路接口在一对等长传输线上使用差分信号，以实现两点之间的互连。在 2007 年 DesignCon 上由 Gustavo Blando 等人撰写的一篇论文“差分传输线中不对称引起的损耗”中，他们展示了正 （D+） 和负 （D-） 数据之间的对内时序偏斜如何由于时序引起的谐振而导致差分插入损耗曲线的增加。这些谐振在通道的差分插入损耗曲线中表现为下降，如下图所示：
该图显示了我最近对以 5GT/s 运行的 PCIe Gen2 通道进行的 ADS 模拟的结果。眼图位于大约 30 英寸的轨道长度芯片到芯片之后的接收器。通道模型已参数化，以允许根据需要调整纤维编织效果长度。
如您所见，当光纤编织效应引起的偏斜长度从 0 增加到 12.7 英寸时，差分插入损耗图中的基频零点会减小。这些零点出现在基频 （fo） 和每个奇次谐波处。
此外，眼睛在 5.6 英寸的纤维编织效果下表现出一些退化，并在 7.8 英寸后开始明显变形。在 12.7 英寸处，fo 等于数据速率的奈奎斯特频率（在本例中为 2.5GHz），并且眼图完全闭合。
您可以提前预测谐振频率，并在仿真和验证结果之前使用它来获得一些直觉。如果你知道总的 pairs 内 timing skew，fo 使用以下公式计算：
哪里：
Fo = 谐振频率
tskew = 总对内时序偏移
例：
使用我们上面计算的 tskew = 16 ps/in，并使用上图中最后一次仿真结果的 12.7 英寸，基本谐振频率零点为：
