In højhastigheds-printkort design bliver anvendelsen af ​​differentialsignal (DIFferential Signal) mere og mere omfattende, og det mest kritiske signal i kredsløbet er ofte designet med en differentiel struktur. Hvorfor er det sådan? Sammenlignet med almindelig single-ended signal routing har differentielle signaler fordelene ved stærk anti-interferensevne, effektiv undertrykkelse af EMI og præcis timingpositionering.

Krav til ledningsføring af differentialsignal PCB

På printkortet skal differentialsporene være to linjer af samme længde, lige bredde, tæt på hinanden og på samme niveau.

1. Lige længde: Ens længde betyder, at længden af ​​de to linjer skal være så lang som muligt, for at sikre, at de to differentielle signaler hele tiden holder modsat polaritet. Reducer common mode-komponenter.

2. Lige bredde og lige afstand: Lige bredde betyder, at bredden af ​​sporene af de to signaler skal holdes ens, og lige afstand betyder, at afstanden mellem de to ledninger skal holdes konstant og parallel.

3. Minimal impedansændring: Når man designer et PCB med differentialsignaler, er en af ​​de vigtigste ting at finde ud af applikationens målimpedans og derefter planlægge differentialparret i overensstemmelse hermed. Hold desuden impedansændringen så lille som muligt. Differentiallinjens impedans afhænger af faktorer som sporbredde, sporkobling, kobbertykkelse og PCB-materiale og stackup. Når du forsøger at undgå noget, der ændrer impedansen af ​​et differentielt par, skal du overveje hver af dem.

Almindelige misforståelser i PCB differentialsignaldesign

Misforståelse 1: Det menes, at differentialsignalet ikke behøver et jordplan som returvej, eller at differentialsporene giver en returvej for hinanden.

Årsagen til denne misforståelse er, at de er forvirrede af overfladiske fænomener, eller mekanismen for højhastighedssignaltransmission er ikke dyb nok. Differentialkredsløb er ufølsomme over for lignende jordafvisninger og andre støjsignaler, der kan eksistere på strøm- og jordplanerne. Den delvise returannullering af jordplanet betyder ikke, at differentialkredsløbet ikke bruger referenceplanet som signalreturvejen. Faktisk i signalreturanalysen er mekanismen for differentialledninger og almindelige single-ended ledninger den samme, det vil sige, at højfrekvente signaler altid Reflow langs løkken med den mindste induktans. Den største forskel er, at differentiallinjen udover koblingen til jorden også har indbyrdes kobling. Hvilken slags kobling er stærk, og hvilken bliver hovedreturvejen.

I PCB-kredsløbsdesign er koblingen mellem differentielle spor generelt lille, ofte kun tegner sig for 10-20% af koblingsgraden, og mere er koblingen til jorden, så den primære returvej for differentialsporet eksisterer stadig på jorden fly. Når der er en diskontinuitet i jordplanet, vil koblingen mellem differentialsporene i området uden referenceplan give hovedreturvejen, selvom diskontinuiteten af ​​referenceplanet ikke har nogen indflydelse på differentialsporene på den almindelige single-ended spor Det er alvorligt, men det vil stadig reducere kvaliteten af ​​differentialsignalet og øge EMI, hvilket bør undgås så meget som muligt.

Derudover mener nogle designere, at referenceplanet under differentialsporet kan fjernes for at undertrykke en del af common mode-signalet i differentiel transmission. Denne tilgang er dog ikke ønskværdig i teorien. Hvordan styres impedansen? Ikke at give en jordimpedansløkke til common-mode-signalet vil uundgåeligt forårsage EMI-stråling. Denne tilgang gør mere skade end gavn.

Misforståelse 2: Det menes, at det er vigtigere at holde ens mellemrum end at matche linjelængden.

I egentlig PCB-layout er det ofte ikke muligt at opfylde kravene til differentialdesign på samme tid. På grund af tilstedeværelsen af ​​faktorer som benfordeling, vias og ledningsplads, skal formålet med linjelængdetilpasning opnås gennem korrekt vikling, men resultatet må være, at nogle områder af differentialparret ikke kan være parallelle. Den vigtigste regel i designet af PCB-differentialspor er den matchende linjelængde. Andre regler kan håndteres fleksibelt i henhold til designkrav og faktiske anvendelser.

Misforståelse 3: Tænk, at differentialledningen skal være meget tæt.

At holde differentialsporene tæt på er intet andet end at forbedre deres kobling, hvilket ikke kun kan forbedre immuniteten over for støj, men også gøre fuld brug af magnetfeltets modsatte polaritet for at udligne elektromagnetisk interferens til omverdenen. Selvom denne tilgang er meget gavnlig i de fleste tilfælde, er den ikke absolut. Hvis vi kan sikre, at de er fuldt afskærmet mod ekstern interferens, så behøver vi ikke bruge stærk kobling for at opnå anti-interferens. Og formålet med at undertrykke EMI.

Hvordan kan vi sikre god isolering og afskærmning af differentialspor? At øge afstanden med andre signalspor er en af ​​de mest grundlæggende måder. Den elektromagnetiske feltenergi falder med kvadratet på afstanden. Generelt, når linjeafstanden overstiger 4 gange linjebredden, er interferensen mellem dem ekstremt svag. Kan ignoreres.