In vysokorychlostní PCB Vzhledem k tomu, že při návrhu je aplikace diferenciálního signálu (DIFferential Signal) stále rozsáhlejší a nejkritičtější signál v obvodu je často navržen s diferenciální strukturou. Proč je to tak? Ve srovnání s běžným jednokoncovým směrováním signálu mají diferenciální signály výhody silné schopnosti proti rušení, účinného potlačení EMI a přesného časování.

Požadavky na zapojení PCB diferenciálního signálu

Na obvodové desce musí být diferenciální stopy dvě čáry stejné délky, stejné šířky, těsné blízkosti a na stejné úrovni.

1. Stejná délka: Stejná délka znamená, že délka dvou linek by měla být co nejdelší, aby se zajistilo, že dva rozdílové signály budou mít vždy opačnou polaritu. Omezte komponenty společného režimu.

2. Stejná šířka a stejná vzdálenost: Stejná šířka znamená, že šířka stop dvou signálů musí být zachována stejná a stejná vzdálenost znamená, že vzdálenost mezi dvěma vodiči by měla být konstantní a rovnoběžná.

3. Minimální změna impedance: Při návrhu desky plošných spojů s diferenciálními signály je jednou z nejdůležitějších věcí zjistit cílovou impedanci aplikace a podle toho naplánovat diferenční pár. Kromě toho udržujte změnu impedance co nejmenší. Impedance diferenciálního vedení závisí na faktorech, jako je šířka stopy, vazba stopy, tloušťka mědi a materiál PCB a uspořádání. Když se pokusíte vyhnout čemukoli, co mění impedanci diferenciálního páru, zvažte každý z nich.

Běžná nedorozumění v návrhu diferenciálního signálu PCB

Nedorozumění 1: Má se za to, že diferenciální signál nepotřebuje zemní plochu jako zpětnou cestu, nebo že diferenciální stopy poskytují zpětnou cestu jedna pro druhou.

Důvodem tohoto nedorozumění je, že jsou zmateni povrchovými jevy, nebo mechanismus vysokorychlostního přenosu signálu není dostatečně hluboký. Diferenciální obvody jsou necitlivé na podobné zemní odrazy a jiné šumové signály, které mohou existovat na napájecích a zemnících plochách. Zrušení částečného zpětného toku zemní plochy neznamená, že diferenciální obvod nepoužívá referenční rovinu jako cestu zpětného signálu. Ve skutečnosti je při analýze zpětného signálu mechanismus diferenciálního zapojení a běžného jednokoncového vedení stejný, to znamená, že vysokofrekvenční signály jsou vždy Reflow podél smyčky s nejmenší indukčností. Největší rozdíl je v tom, že kromě spřažení se zemí má diferenciální vedení i vzájemnou vazbu. Který druh spojení je silný a který se stává hlavní návratovou cestou.

V návrhu obvodu plošných spojů je vazba mezi diferenciálními stopami obecně malá, často představuje pouze 10–20 % stupně vazby a více je vazba k zemi, takže hlavní zpětná cesta diferenciální stopy stále existuje na zemi. letadlo . Pokud je v základní rovině nespojitost, spojení mezi diferenciálními stopami v oblasti bez referenční roviny poskytne hlavní zpětnou cestu, ačkoli nespojitost referenční roviny nemá žádný vliv na diferenciální stopy na běžném jednopólovém stopy Je to vážné, ale přesto to sníží kvalitu diferenciálního signálu a zvýší EMI, čemuž je třeba se co nejvíce vyhnout.

Někteří konstruktéři se navíc domnívají, že referenční rovinu pod křivkou diferenciálu lze odstranit, aby se potlačila část signálu společného režimu v diferenciálním přenosu. Tento přístup však není teoreticky žádoucí. Jak ovládat impedanci? Neposkytnutí zemní impedanční smyčky pro společný signál nevyhnutelně způsobí EMI záření. Tento přístup přináší více škody než užitku.

Nedorozumění 2: Má se za to, že zachování stejné vzdálenosti je důležitější než shoda délky čáry.

Ve skutečném uspořádání DPS často není možné současně splnit požadavky diferenciálního návrhu. Kvůli existenci faktorů, jako je rozložení kolíků, prokovy a prostor pro zapojení, musí být účelu přizpůsobení délky vedení dosaženo správným vinutím, ale výsledkem musí být, že některé oblasti diferenciálního páru nemohou být paralelní. Nejdůležitějším pravidlem při návrhu diferenciálních tras PCB je přizpůsobení délky vedení. Další pravidla lze flexibilně řešit podle požadavků na design a aktuálních aplikací.

Nedorozumění 3: Myslete na to, že kabeláž diferenciálu musí být velmi blízko.

Udržování diferenciálních tras blízko není nic jiného než posílení jejich vazby, což může nejen zlepšit odolnost vůči šumu, ale také plně využít opačnou polaritu magnetického pole pro kompenzaci elektromagnetického rušení okolního světa. Přestože je tento přístup ve většině případů velmi výhodný, není absolutní. Pokud dokážeme zajistit, že jsou plně stíněny před vnějším rušením, pak k dosažení ochrany proti rušení nemusíme používat silnou vazbu. A účel potlačení EMI.

Jak můžeme zajistit dobrou izolaci a stínění diferenciálních stop? Zvětšení rozestupu s jinými stopami signálu je jedním z nejzákladnějších způsobů. Energie elektromagnetického pole klesá s druhou mocninou vzdálenosti. Obecně platí, že když řádkování překročí 4násobek šířky řádku, interference mezi nimi je extrémně slabá. Lze ignorovat.