In високоскоростна печатна платка дизайн, прилагането на диференциален сигнал (DIFferential Signal) става все по-обширно и най-критичният сигнал във веригата често е проектиран с диференциална структура. Защо е така? В сравнение с обикновеното едностранно маршрутизиране на сигнала, диференциалните сигнали имат предимствата на силна способност за защита от смущения, ефективно потискане на EMI и точно позициониране във времето.

Изисквания за окабеляване на печатна платка за диференциален сигнал

На платката диференциалните следи трябва да бъдат две линии с еднаква дължина, еднаква ширина, непосредствена близост и на едно и също ниво.

1. Еднаква дължина: Еднаква дължина означава, че дължината на двете линии трябва да бъде възможно най-дълга, за да се гарантира, че двата диференциални сигнала поддържат противоположни полярности през цялото време. Намалете компонентите на общ режим.

2. Еднаква ширина и еднакво разстояние: Еднаква ширина означава, че ширината на следите на двата сигнала трябва да се запази еднаква, а еднакво разстояние означава, че разстоянието между двата проводника трябва да се поддържа постоянно и успоредно.

3. Минимална промяна на импеданса: Когато проектирате печатна платка с диференциални сигнали, едно от най-важните неща е да разберете целевия импеданс на приложението и след това да планирате диференциалната двойка съответно. Освен това поддържайте промяната на импеданса възможно най-малка. Импедансът на диференциалната линия зависи от фактори като ширина на следата, свързване на следата, дебелина на медта и материал на печатни платки и подреждане. Когато се опитвате да избегнете всичко, което променя импеданса на диференциална двойка, помислете за всеки от тях.

Често срещани недоразумения в дизайна на диференциалния сигнал на печатни платки

Недоразумение 1: Смята се, че диференциалният сигнал не се нуждае от земна равнина като обратен път или че диференциалните следи осигуряват обратен път един за друг.

Причината за това недоразумение е, че те са объркани от повърхностни явления или механизмът на високоскоростно предаване на сигнала не е достатъчно дълбок. Диференциалните вериги са нечувствителни към подобни отскачания на земята и други шумови сигнали, които могат да съществуват в захранващите и заземяващите равнини. Частичното отмяна на връщането на заземяващата равнина не означава, че диференциалната верига не използва референтната равнина като път за връщане на сигнала. Всъщност при анализа на връщането на сигнала механизмът на диференциалното окабеляване и обикновеното окабеляване с един край е един и същ, тоест високочестотните сигнали винаги се преобразуват по веригата с най-малка индуктивност. Най-голямата разлика е, че освен свързването към земята, диференциалната линия има и взаимно свързване. Кой вид свързване е силен и кой се превръща в основен обратен път.

При проектирането на печатни платки свързването между диференциалните следи обикновено е малко, често представлява само 10-20% от степента на свързване и повече е свързването със земята, така че основният обратен път на диференциалната следа все още съществува на земята самолет . Когато има прекъсване в заземяващата равнина, свързването между диференциалните следи в зоната без референтна равнина ще осигури главния обратен път, въпреки че прекъсването на референтната равнина няма влияние върху диференциалните следи на обикновения еднолицев следи Това е сериозно, но все пак ще намали качеството на диференциалния сигнал и ще увеличи EMI, което трябва да се избягва доколкото е възможно.

В допълнение, някои дизайнери смятат, че референтната равнина под диференциалната следа може да бъде премахната, за да се потисне част от сигнала с общ режим при диференциално предаване. Този подход обаче не е желателен на теория. Как да контролирам импеданса? Неосигуряването на контур за импеданс на земята за сигнала с общ режим неизбежно ще причини EMI излъчване. Този подход носи повече вреда, отколкото полза.

Недоразумение 2: Смята се, че поддържането на еднакво разстояние е по-важно от съвпадението на дължината на линиите.

При действителното оформление на печатни платки често не е възможно едновременно да се изпълнят изискванията за диференциално проектиране. Поради съществуването на фактори като разпределение на щифтовете, междинни връзки и пространство за окабеляване, целта за съвпадение на дължината на линията трябва да се постигне чрез правилно навиване, но резултатът трябва да бъде, че някои области на диференциалната двойка не могат да бъдат успоредни. Най-важното правило при проектирането на диференциални следи на печатни платки е съвпадащата дължина на линията. Други правила могат да се обработват гъвкаво в съответствие с изискванията за проектиране и действителните приложения.

Недоразумение 3: Помислете, че диференциалното окабеляване трябва да е много близо.

Поддържането на диференциалните следи близо не е нищо повече от засилване на тяхното свързване, което може не само да подобри имунитета срещу шум, но и да използва пълноценно противоположния полярност на магнитното поле, за да компенсира електромагнитните смущения към външния свят. Въпреки че този подход е много полезен в повечето случаи, той не е абсолютен. Ако можем да гарантираме, че те са напълно защитени от външни смущения, тогава не е необходимо да използваме силно свързване, за да постигнем анти-смущения. И целта за потискане на EMI.

Как можем да осигурим добра изолация и екраниране на диференциални следи? Увеличаването на разстоянието с други сигнални следи е един от най-основните начини. Енергията на електромагнитното поле намалява с квадрата на разстоянието. Обикновено, когато разстоянието между редовете надвишава 4 пъти ширината на линията, интерференцията между тях е изключително слаба. Може да се игнорира.