如何防止PCB设计中的时钟倾斜

如果我是一个超级英雄，我的弱点很可能就是我不能按时到达任何地方。我总是迟到至少5分钟，我已经开始不得不给自己将近20或30分钟的额外时间，只是为了弥补我不可避免的迟到。实际上，最近我开始有意识地把我的时钟调快十分钟，这样我就能更诚实地评估自己的时间。

在PCB设计中，您希望时钟信号迅速到达其集成电路(IC)的目的地。然而，一种被称为时钟倾斜的现象会导致时钟信号提前或延迟到达某些ic。当然，这会导致各个ic的数据完整性不一致。

什么是时钟偏差

时钟倾斜是一种时钟信号以不同的时间间隔到达不同目的地的现象。在PCB设计中，时钟信号通常用于同步通信。例如，串行外围接口(SPI)使用时钟信号在设备之间传输和接收数据。

在理想的主从组件配置中，时钟信号的传播时间没有延迟。所有组件连接在时钟总线上的期望同时接收信号。

然而，在实际应用中，会发生传播延迟，时钟脉冲可以以不同的时间间隔到达目标组件。时钟倾斜的罪魁祸首是寄生电容和时钟信号的不同迹长。

想象一下，一个时钟信号起源于一个驱动程序，并分裂成两条不同的路径。路径A是路径B长度的一半，它们都连接到不同的接收器。路径A上的时钟信号比路径B上的时钟信号更早到达目的地是很自然的。

时钟信号到达时间与接收引脚之间的差值就是斜值。

时钟倾斜如何影响PCB

在电子学中，时钟信号作为一个组件的时间参考，以便将数据位锁存到接收引脚上。一些协议在向上的时钟脉冲上锁定数据，而另一些协议在向下的时钟脉冲上锁定数据。不管闭锁机制如何，可靠的时钟参考都很重要。

在时钟倾斜的情况下，时钟信号可能比预期的更早或更晚匹配。当时钟在数据信号更新之前发生变化时，接收组件将把旧数据锁存到它的寄存器中。如果协议基于时钟稳态而不是转换来锁存数据，时钟倾斜可能会导致接收端用两个后续数据覆盖内存。

一般来说，时钟倾斜不是低速设计的问题，因为有很大的误差范围。然而，如果你在设计高速应用在数百兆赫兹的区域内，时钟偏移成为一个真正的问题。

时钟偏斜是高速设计中的一个重要问题。

锁存错误可能导致数据完整性的严重破坏，在实际应用程序中可能是灾难性的。当涉及到由时钟偏差引起的初期问题时，预防总是比治疗好。

在PCB设计中防止时钟倾斜的技巧

当你了解了时钟偏移的原因，防止这种现象变得更容易。防止时钟偏移的关键在于确保时钟信号在不同的接收器上同时到达。

为此，您需要确保源组件和目标组件之间的跟踪长度应该相等(长度匹配)。这意味着最短的跟踪长度可能不再是最佳路径。

等迹线长度有助于防止时钟倾斜。

在典型的同步设计中，您将有一个驱动程序连接到几个接收器。在PCB上，可能会有一些接收器离驱动器更近，而另一些接收器离驱动器更远。您需要首先将时钟信号路由到最远的引脚，并确保其他时钟信号跟踪路由具有相同的长度。

避免时钟信号中的分支以防止反射也很重要。这可以通过使用时钟驱动程序来实现，而不是直接从源组件路由到接收器。此外，在时钟信号上使用阻抗匹配电阻也有助于保证时钟信号的完整性。

您将考虑使用高级PCB设计软件尽量减少时钟倾斜问题。的Cadence PCB后端板布局软件可以及时识别和解决高速信号的挑战。

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