In PCB d’alta velocitat disseny, l’aplicació del senyal diferencial (senyal diferencial) és cada cop més extensa i el senyal més crític del circuit sovint es dissenya amb una estructura diferencial. Per què és així? En comparació amb l’encaminament de senyal d’un sol extrem ordinari, els senyals diferencials tenen els avantatges d’una forta capacitat anti-interferència, una supressió eficaç de l’EMI i un posicionament precís del temps.

Requisits de cablejat de PCB de senyal diferencial

A la placa de circuit, les traces diferencials han de ser dues línies d’igual longitud, igual amplada, proximitat i al mateix nivell.

1. Longitud igual: La longitud igual significa que la longitud de les dues línies ha de ser la màxima possible, per tal d’assegurar que els dos senyals diferencials mantenen polaritats oposades en tot moment. Reduir els components del mode comú.

2. Ample igual i distància igual: l’amplada igual significa que l’amplada de les traces dels dos senyals s’ha de mantenir igual, i la distància igual significa que la distància entre els dos cables s’ha de mantenir constant i paral·lela.

3. Canvi d’impedància mínima: quan es dissenya una PCB amb senyals diferencials, una de les coses més importants és esbrinar la impedància objectiu de l’aplicació i, a continuació, planificar el parell diferencial en conseqüència. A més, manteniu el canvi d’impedància el més petit possible. La impedància de la línia diferencial depèn de factors com l’amplada de traça, l’acoblament de traça, el gruix del coure i el material i l’apilament de PCB. Quan intenteu evitar qualsevol cosa que canviï la impedància d’un parell diferencial, tingueu en compte cadascun d’ells.

Malentesos comuns en el disseny del senyal diferencial de PCB

Malentès 1: es creu que el senyal diferencial no necessita un pla de terra com a camí de retorn, o que les traces diferencials proporcionen un camí de retorn entre si.

El motiu d’aquest malentès és que es confonen per fenòmens superficials, o el mecanisme de transmissió del senyal d’alta velocitat no és prou profund. Els circuits diferencials són insensibles a rebots de terra similars i altres senyals de soroll que puguin existir als plans d’alimentació i de terra. La cancel·lació de retorn parcial del pla de terra no vol dir que el circuit diferencial no utilitzi el pla de referència com a camí de retorn del senyal. De fet, en l’anàlisi de retorn del senyal, el mecanisme del cablejat diferencial i el cablejat ordinari d’un sol extrem és el mateix, és a dir, els senyals d’alta freqüència es reflueixen sempre al llarg del bucle amb la inductància més petita. La diferència més gran és que, a més de l’acoblament a terra, la línia diferencial també té acoblament mutu. Quin tipus d’acoblament és fort i quin es converteix en el camí de retorn principal.

En el disseny del circuit PCB, l’acoblament entre les traces diferencials és generalment petit, sovint només representa el 10-20% del grau d’acoblament, i més és l’acoblament a terra, de manera que el camí de retorn principal de la traça diferencial encara existeix a terra. avió. Quan hi ha una discontinuïtat en el pla de terra, l’acoblament entre les traces diferencials a l’àrea sense pla de referència proporcionarà el camí de retorn principal, encara que la discontinuïtat del pla de referència no té cap impacte en les traces diferencials de l’únic extrem normal. rastres És greu, però encara reduirà la qualitat del senyal diferencial i augmentarà l’EMI, que s’ha d’evitar tant com sigui possible.

A més, alguns dissenyadors creuen que el pla de referència sota la traça diferencial es pot eliminar per suprimir part del senyal de mode comú en la transmissió diferencial. Tanmateix, aquest enfocament no és desitjable en teoria. Com controlar la impedància? No proporcionar un bucle d’impedància de terra per al senyal de mode comú provocarà inevitablement radiació EMI. Aquest enfocament fa més mal que bé.

Malentès 2: es creu que mantenir l’espai igualat és més important que fer coincidir la longitud de la línia.

En el disseny de PCB real, sovint no és possible complir els requisits del disseny diferencial alhora. A causa de l’existència de factors com ara la distribució de pins, les vies i l’espai de cablejat, el propòsit de la concordança de la longitud de la línia s’ha d’aconseguir mitjançant un bobinatge adequat, però el resultat ha de ser que algunes àrees del parell diferencial no poden ser paral·leles. La regla més important en el disseny de traces diferencials de PCB és la longitud de la línia coincident. Altres regles es poden gestionar de manera flexible segons els requisits de disseny i les aplicacions reals.

Malentès 3: pensa que el cablejat del diferencial ha d’estar molt a prop.

Mantenir a prop les traces diferencials no és més que millorar el seu acoblament, que no només pot millorar la immunitat al soroll, sinó que també pot fer un ús total de la polaritat oposada del camp magnètic per compensar la interferència electromagnètica al món exterior. Tot i que aquest enfocament és molt beneficiós en la majoria dels casos, no és absolut. Si podem assegurar-nos que estiguin totalment protegits de les interferències externes, no cal que utilitzem un acoblament fort per aconseguir antiinterferències. I el propòsit de suprimir l’EMI.

Com podem garantir un bon aïllament i blindatge de les traces diferencials? Augmentar l’espaiat amb altres traces de senyal és una de les maneres més bàsiques. L’energia del camp electromagnètic disminueix amb el quadrat de la distància. En general, quan l’interlineat supera 4 vegades l’amplada de la línia, la interferència entre elles és extremadament feble. Es pot ignorar.