In Hochgeschwindigkeitsplatine Design wird die Anwendung von Differenzsignalen (DIFferential Signal) immer umfangreicher, und das kritischste Signal in der Schaltung wird oft mit einer Differenzstruktur entworfen. Wieso ist es so? Im Vergleich zu gewöhnlichem Single-Ended-Signalrouting haben Differenzsignale die Vorteile einer starken Entstörungsfähigkeit, einer effektiven Unterdrückung von EMI und einer präzisen Timing-Positionierung.

Anforderungen an die Verdrahtung der Differenzsignal-Leiterplatte

Auf der Leiterplatte müssen die Differenzspuren zwei Linien gleicher Länge, gleicher Breite, unmittelbarer Nähe und auf gleicher Ebene sein.

1. Gleiche Länge: Gleiche Länge bedeutet, dass die Länge der beiden Leitungen möglichst groß sein sollte, um sicherzustellen, dass die beiden Differenzsignale jederzeit entgegengesetzte Polaritäten behalten. Reduzieren Sie Gleichtaktkomponenten.

2. Gleiche Breite und gleicher Abstand: Gleiche Breite bedeutet, dass die Breite der Spuren der beiden Signale gleich gehalten werden muss, und gleicher Abstand bedeutet, dass der Abstand zwischen den beiden Drähten konstant und parallel gehalten werden sollte.

3. Minimale Impedanzänderung: Beim Design einer Leiterplatte mit Differenzsignalen ist es eines der wichtigsten Dinge, die Zielimpedanz der Anwendung herauszufinden und dann das Differenzpaar entsprechend zu planen. Halten Sie außerdem die Impedanzänderung so klein wie möglich. Die Impedanz der Differenzleitung hängt von Faktoren wie Leiterbahnbreite, Leiterbahnkopplung, Kupferdicke sowie PCB-Material und Stapelung ab. Wenn Sie versuchen, alles zu vermeiden, was die Impedanz eines Differentialpaars ändert, sollten Sie jeden von ihnen berücksichtigen.

Häufige Missverständnisse beim PCB-Differenzsignaldesign

Missverständnis 1: Es wird angenommen, dass das Differenzsignal keine Masseebene als Rückweg benötigt oder dass die Differenzspuren einen Rückweg füreinander bereitstellen.

Der Grund für dieses Missverständnis ist, dass sie durch oberflächliche Phänomene verwirrt werden oder der Mechanismus der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung nicht tief genug ist. Differenzschaltungen sind unempfindlich gegenüber ähnlichen Masseprellen und anderen Rauschsignalen, die auf der Strom- und Masseebene vorhanden sein können. Die teilweise Rückführung der Masseebene bedeutet nicht, dass die Differenzschaltung die Referenzebene nicht als Signalrückweg verwendet. Tatsächlich ist bei der Signalrückflussanalyse der Mechanismus der differentiellen Verdrahtung und der gewöhnlichen Single-Ended-Verdrahtung der gleiche, dh Hochfrequenzsignale werden immer entlang der Schleife mit der kleinsten Induktivität reflowiert. Der größte Unterschied besteht darin, dass die Differentialleitung neben der Kopplung zur Masse auch eine gegenseitige Kopplung hat. Welche Art von Kopplung ist stark und welche wird zum Hauptrückweg.

Beim PCB-Schaltungsdesign ist die Kopplung zwischen Differenzleiterbahnen im Allgemeinen gering und macht oft nur 10-20% des Kopplungsgrades aus, und mehr ist die Kopplung zur Erde, so dass der Hauptrückweg der Differenzleiterbahn immer noch auf der Erde vorhanden ist Flugzeug . Bei einer Unstetigkeit in der Masseebene stellt die Kopplung zwischen den Differenzleiterbahnen im Bereich ohne Referenzebene den Hauptrückweg bereit, obwohl die Unstetigkeit der Referenzebene keinen Einfluss auf die Differenzleiterbahnen auf dem gewöhnlichen Single-Ended . hat Spuren Es ist ernst, aber es wird immer noch die Qualität des Differenzsignals verringern und die EMI erhöhen, die so weit wie möglich vermieden werden sollte.

Darüber hinaus glauben einige Konstrukteure, dass die Referenzebene unter der Differenzspur entfernt werden kann, um einen Teil des Gleichtaktsignals bei der Differenzübertragung zu unterdrücken. Dieser Ansatz ist jedoch theoretisch nicht wünschenswert. Wie kontrolliere ich die Impedanz? Das Fehlen einer Erdimpedanzschleife für das Gleichtaktsignal wird unweigerlich EMI-Strahlung verursachen. Dieser Ansatz schadet mehr als er nützt.

Missverständnis 2: Es wird angenommen, dass die Einhaltung gleicher Abstände wichtiger ist als die Anpassung der Zeilenlänge.

Beim tatsächlichen PCB-Layout ist es oft nicht möglich, gleichzeitig die Anforderungen des differentiellen Designs zu erfüllen. Aufgrund der Existenz von Faktoren wie Pin-Verteilung, Vias und Verdrahtungsraum muss der Zweck der Leitungslängenanpassung durch richtiges Wickeln erreicht werden, aber das Ergebnis muss sein, dass einige Bereiche des Differentialpaars nicht parallel sein können. Die wichtigste Regel beim Design von PCB-Differenzleiterbahnen ist die passende Leitungslänge. Andere Regeln können je nach Designanforderungen und tatsächlichen Anwendungen flexibel gehandhabt werden.

Missverständnis 3: Denken Sie, dass die Differentialverkabelung sehr eng sein muss.

Die Nähe der differentiellen Leiterbahnen ist nichts anderes, als ihre Kopplung zu verbessern, was nicht nur die Störfestigkeit verbessern kann, sondern auch die entgegengesetzte Polarität des Magnetfelds voll ausnutzt, um elektromagnetische Störungen nach außen zu kompensieren. Obwohl dieser Ansatz in den meisten Fällen sehr vorteilhaft ist, ist er nicht absolut. Wenn wir sicherstellen können, dass sie vollständig von externen Störungen abgeschirmt sind, müssen wir keine starke Kopplung verwenden, um eine Entstörung zu erreichen. Und der Zweck der Unterdrückung von EMI.

Wie können wir eine gute Isolierung und Abschirmung von differentiellen Leiterbahnen gewährleisten? Das Vergrößern des Abstands mit anderen Signalspuren ist eine der grundlegendsten Möglichkeiten. Die elektromagnetische Feldenergie nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Im Allgemeinen ist die Interferenz zwischen ihnen extrem schwach, wenn der Zeilenabstand das 4-fache der Zeilenbreite überschreitet. Kann ignoriert werden.