In PCB velike brzine Dizajn, primjena diferencijalnog signala (DIFferential Signal) postaje sve opsežnija, a najkritičniji signal u kolu često je dizajniran s diferencijalnom strukturom. Zašto je tako? U poređenju sa običnim jednosmernim usmeravanjem signala, diferencijalni signali imaju prednosti jake sposobnosti protiv smetnji, efikasnog supresije EMI i preciznog vremenskog pozicioniranja.

Zahtjevi za ožičenje PCB-a diferencijalnog signala

Na pločici, diferencijalni tragovi moraju biti dvije linije jednake dužine, jednake širine, u neposrednoj blizini i na istom nivou.

1. Jednaka dužina: Jednaka dužina znači da dužina dve linije treba da bude što je moguće duža, kako bi se osiguralo da dva diferencijalna signala zadrže suprotne polaritete u svakom trenutku. Smanjite komponente zajedničkog načina rada.

2. Jednaka širina i jednaka udaljenost: Jednaka širina znači da širina tragova dva signala treba da bude ista, a jednaka udaljenost znači da razmak između dvije žice treba da bude konstantan i paralelan.

3. Minimalna promjena impedanse: Prilikom dizajniranja PCB-a s diferencijalnim signalima, jedna od najvažnijih stvari je saznati ciljnu impedanciju aplikacije, a zatim planirati diferencijalni par u skladu s tim. Osim toga, neka promjena impedancije bude što manja. Impedansa diferencijalne linije zavisi od faktora kao što su širina traga, sprega tragova, debljina bakra i PCB materijal i slaganje. Kada pokušavate izbjeći bilo šta što mijenja impedanciju diferencijalnog para, razmotrite svaki od njih.

Uobičajeni nesporazumi u dizajnu diferencijalnog signala PCB-a

Nesporazum 1: Vjeruje se da diferencijalnom signalu nije potrebna uzemljena ravnina kao povratna putanja, ili da diferencijalni tragovi obezbeđuju povratnu putanju jedni za druge.

Razlog za ovaj nesporazum je to što su zbunjeni površnim pojavama, ili mehanizam brzog prenosa signala nije dovoljno dubok. Diferencijalna kola su neosjetljiva na slične odskoke od tla i druge signale buke koji mogu postojati na ravnima napajanja i uzemljenja. Djelomično poništavanje povrata uzemljenja ne znači da diferencijalni krug ne koristi referentnu ravninu kao povratnu putanju signala. U stvari, u analizi povratnog signala, mehanizam diferencijalnog ožičenja i običnog jednoslojnog ožičenja je isti, odnosno visokofrekventni signali su uvijek Reflow duž petlje s najmanjom induktivnošću. Najveća razlika je u tome što pored spojnice sa zemljom, diferencijalna linija ima i međusobnu spregu. Koja vrsta sprege je jaka, a koja postaje glavni povratni put.

U dizajnu PCB kola, spajanje između diferencijalnih tragova je općenito malo, često čini samo 10-20% stupnja spajanja, a više je spajanje sa zemljom, tako da glavni povratni put diferencijalnog traga još uvijek postoji na zemlji avion . Kada postoji diskontinuitet u uzemljenoj ravnini, spajanje između diferencijalnih tragova u području bez referentne ravnine će osigurati glavnu povratnu putanju, iako diskontinuitet referentne ravnine nema utjecaja na diferencijalne tragove na običnom jednostranom tragovi To je ozbiljno, ali će i dalje smanjiti kvalitet diferencijalnog signala i povećati EMI, što bi trebalo izbjegavati koliko god je to moguće.

Osim toga, neki dizajneri vjeruju da se referentna ravan ispod diferencijalnog traga može ukloniti kako bi se potisnuo dio signala zajedničkog moda u diferencijalnom prijenosu. Međutim, ovaj pristup u teoriji nije poželjan. Kako kontrolisati impedanciju? Neomogućavanje petlje impedanse uzemljenja za signal zajedničkog moda neizbježno će uzrokovati EMI zračenje. Ovaj pristup donosi više štete nego koristi.

Nesporazum 2: Vjeruje se da je održavanje jednakog razmaka važnije od podudaranja dužine linije.

U stvarnom rasporedu PCB-a, često nije moguće ispuniti zahtjeve diferencijalnog dizajna u isto vrijeme. Zbog postojanja faktora kao što su distribucija pinova, vias i prostor za ožičenje, svrha usklađivanja dužine linije mora se postići pravilnim namotavanjem, ali rezultat mora biti da neke oblasti diferencijalnog para ne mogu biti paralelne. Najvažnije pravilo u dizajnu diferencijalnih tragova PCB-a je odgovarajuća dužina linije. Ostala pravila se mogu fleksibilno rukovati u skladu sa zahtjevima dizajna i stvarnim primjenama.

Nesporazum 3: Mislite da diferencijalno ožičenje mora biti vrlo blizu.

Održavanje diferencijalnih tragova blizu nije ništa drugo nego da se poboljša njihovo spajanje, što ne samo da može poboljšati otpornost na buku, već i u potpunosti iskoristiti suprotan polaritet magnetnog polja za neutralizaciju elektromagnetnih smetnji prema vanjskom svijetu. Iako je ovaj pristup u većini slučajeva vrlo koristan, nije apsolutan. Ako možemo osigurati da su u potpunosti zaštićeni od vanjskih smetnji, onda ne trebamo koristiti jaku spregu da bismo postigli zaštitu od smetnji. I svrha suzbijanja EMI.

Kako možemo osigurati dobru izolaciju i zaštitu diferencijalnih tragova? Povećanje razmaka sa drugim tragovima signala jedan je od najosnovnijih načina. Energija elektromagnetnog polja opada s kvadratom udaljenosti. Općenito, kada razmak između linija prelazi 4 puta širinu linije, interferencija između njih je izuzetno slaba. Može se zanemariti.