Intégrité du signal

Objectifs

Les objectifs de la formation Intégrité du signal :

- Prendre en compte les difficultés de conception liées à la montée du débit des transmissions (pertes, diaphonie, conversion de mode, non linéarité, etc.).

- Appréhender les limites en dynamique et en fréquence des signaux et leur propagation et ainsi utiliser des outils d'aide à la conception pour l'implantation et le routage des cartes comme pour les transmissions filaires.

Le but de cette formation est de :

Identifier les causes et les effets des bruits superposés aux signaux

Maîriser les bruits d'alimentation et leur découplage (power integrity, ground bounce)

Pouvoir simuler les effets de ligne et modéliser l'intégrité des signaux (SI)

Identifier les principaux pièges de conception d'une carte électronique, dont le choix des composants et leur mise en oeuvre

Pouvoir analyser les effets des filtres - linéaires ou non - et pouvoir calculer un circuit de protection contre les surtensions

Programme

1/ Rapport signal à bruit
Rappels et définitions
FFT et FFT inverse
Bruits thermique et de quantification
Valeurs crête, moyenne et médiane
Densité de probabilité en amplitude (APD)
Bruit en excès et 1/F – Choix de la techno
SINAD et nombre de bits effectifs (ENOB)
Dynamique sans parasite (SFDR)
Relations entre THD, SNR et SINAD
Non linéarité intégrale et différentielle (INL, DNL)
Taux d’erreurs binaires (BER, BEP)

2/ Marge de bruit
Confusions des notions de terre, masse et 0 V
Marges statique et dynamique de bruit
« Ground bounce »: cause, mesure et effets
Pente des fronts, commutations simultanées
Jitter, inductance de boîtier, débit maximal
Choix des couches et « stacking »
Dérive et non-linéarité thermique
Détection d’enveloppe : exemple

3/ Bruit d’alimentation (PI)
Bruit des convertisseurs d’alimentation
Impédance d’un bus d’alimentation
Retour du courant - Changement de couche
Modélisation d’une alimentation par plans
Spectre du courant consommé et simulation
Effet de cavité entre plans, distance entre vias
Bruit d’alimentation et « Jitter » induit
Erreurs de routage – Effets des fentes

Résonances de structures – Effet de bord

« Power integrity », PSRR et découplage

4/ Effets de ligne
Électromagnétisme, perméabilité et permittivité
Propagation conduite et rayonnée
Circulation des courants, vitesse de propagation
Impédance caractéristique / paramètres de ligne
Champs proches et lointains - Propagation
Mesures des temps de transition et de retard
Simulation de l’effet de peau et rugosité
Inductance de plans finis et imparfaits
Les 2 types de résonance - Mesures dans 50 Ω
Effets des pertes d’une ligne - Simulation
Pertes diélectriques et choix du diélectrique
« HDI », intégration haute densité et microvias
Préaccentuation, peaking, égalisation active

« TDR » Réflectométrie : Mesures et simulation

« Overshoot », « Ringing », formes d’ondes

Effets et risques du retard par serpentin

Pad de condensateurs, via et effet de stub

Risque de double basculement - Adaptation

Paramètres S : définition et simulation

Incrustation et désincrustation

Calibrage OSM / OSTM - Abaque de Smith

Connecteurs pour signaux HF - Simulation

Routage des horloges rapides

Simulation d’adaptation répartie

5/ Composants actifs

Doubles sources / fiches techniques

Distorsion de croisement et effets

Références et régulateurs de tension

Filtrage en sortie d’amplificateur

Analyse et validation de schéma

« SerDes » (Sérialiseur/désérialiseur)

QFP, BGA, « wire bond », « flip chip »

RLC et SIP / Drivers LVDS

Interconnexions à haute densité (HDI)

Métastabilité / Double synchronisation

Diagramme de l’œil et histogramme

Notion de masque – Taux d’erreur

Modulations amplitude et phase

Modulation OFDM / Constellation

Mesures de la gigue, Jitter / analyse

Bruit de phase – Effet sur ADC / DAC

Horloges à étalement de spectre (SSC)

6/ Diaphonies et champs proches

Diaphonies capacitive et inductive

Paradiaphonie / télédiaphonie / modélisation

« Glitch » par diaphonie : pull-in et Push-out

Diaphonie entre lignes – effets de la charge

« NEXT », « FEXT » et « Alien »

Rapport diaphonie / atténuation (ACR)

Connecteurs et sonde de champ proche

7/ Liaisons différentielles

Composants magnétiques et symétrisation

Perte de conversion longitudinale (LCL, TCL)

BER et réjection du mode commun (CMRR)

Dissymétries de liaison : implantation routage

Effet du biais (Skew) et autres dissymétries

Z pair, Z impair (Zodd et Zeven), routage

Microstrip ou stripline / Émission rayonnée

8/ Composants de protection

Phénomène de « latch-up »

Valeurs maxi absolues / risques

Protections en entrée d’alimentation

Diodes d’écrêtage (« clamping »)

Tenue des résisteurs aux surcharges

Simulation en F et t de filtres passe-bas

Problèmes et choix d’un condensateur

Limiteurs de surtension - Choix de Transzorb

Filtres linéaires ou non linéaires – Exemples

Zt de câble blindé et effet réducteur

Choix de câble et de connecteur blindé