In PCB de alta velocidad En el diseño, la aplicación de la señal diferencial (señal diferencial) es cada vez más extensa, y la señal más crítica en el circuito a menudo se diseña con una estructura diferencial. ¿Por que es esto entonces? En comparación con el enrutamiento de señales de un solo extremo ordinario, las señales diferenciales tienen las ventajas de una fuerte capacidad antiinterferente, una supresión efectiva de EMI y un posicionamiento de sincronización preciso.

Requisitos de cableado de PCB de señal diferencial

En la placa de circuito, las trazas diferenciales deben ser dos líneas de igual longitud, igual ancho, proximidad cercana y en el mismo nivel.

1. Igual longitud: Igual longitud significa que la longitud de las dos líneas debe ser lo más larga posible, para garantizar que las dos señales diferenciales mantengan polaridades opuestas en todo momento. Reducir los componentes del modo común.

2. Igual ancho y igual distancia: Igual ancho significa que el ancho de las trazas de las dos señales debe mantenerse igual, y la misma distancia significa que la distancia entre los dos cables debe mantenerse constante y paralela.

3. Cambio mínimo de impedancia: al diseñar una PCB con señales diferenciales, una de las cosas más importantes es averiguar la impedancia objetivo de la aplicación y luego planificar el par diferencial en consecuencia. Además, mantenga el cambio de impedancia lo más pequeño posible. La impedancia de la línea diferencial depende de factores como el ancho de la traza, el acoplamiento de la traza, el espesor del cobre y el material y la acumulación de PCB. Cuando intente evitar cualquier cosa que cambie la impedancia de un par diferencial, considere cada uno de ellos.

Malentendidos comunes en el diseño de señales diferenciales de PCB

Malentendido 1: Se cree que la señal diferencial no necesita un plano de tierra como ruta de retorno, o que las trazas diferenciales proporcionan una ruta de retorno entre sí.

La razón de este malentendido es que se confunden con fenómenos superficiales o que el mecanismo de transmisión de señales a alta velocidad no es lo suficientemente profundo. Los circuitos diferenciales son insensibles a los rebotes de tierra similares y otras señales de ruido que pueden existir en los planos de potencia y tierra. La cancelación de retorno parcial del plano de tierra no significa que el circuito diferencial no utilice el plano de referencia como ruta de retorno de la señal. De hecho, en el análisis de retorno de señal, el mecanismo del cableado diferencial y el cableado ordinario de un solo extremo es el mismo, es decir, las señales de alta frecuencia son siempre Reflujo a lo largo del bucle con la menor inductancia. La mayor diferencia es que además del acoplamiento al suelo, la línea diferencial también tiene acoplamiento mutuo. Qué tipo de acoplamiento es fuerte y cuál se convierte en la ruta de retorno principal.

En el diseño de circuitos de PCB, el acoplamiento entre las trazas diferenciales es generalmente pequeño, a menudo solo representa el 10-20% del grado de acoplamiento, y más es el acoplamiento al suelo, por lo que la ruta de retorno principal de la traza diferencial todavía existe en el suelo plano . Cuando hay una discontinuidad en el plano de tierra, el acoplamiento entre las trazas diferenciales en el área sin un plano de referencia proporcionará la ruta de retorno principal, aunque la discontinuidad del plano de referencia no tiene impacto en las trazas diferenciales en el único extremo ordinario. trazas Es grave, pero aún así reducirá la calidad de la señal diferencial y aumentará la EMI, lo que debe evitarse en la medida de lo posible.

Además, algunos diseñadores creen que el plano de referencia debajo de la traza diferencial se puede eliminar para suprimir parte de la señal de modo común en la transmisión diferencial. Sin embargo, este enfoque no es deseable en teoría. ¿Cómo controlar la impedancia? No proporcionar un bucle de impedancia de tierra para la señal de modo común causará inevitablemente radiación EMI. Este enfoque hace más daño que bien.

Malentendido 2: Se cree que mantener el mismo espaciado es más importante que hacer coincidir la longitud de la línea.

En el diseño de PCB real, a menudo no es posible cumplir con los requisitos del diseño diferencial al mismo tiempo. Debido a la existencia de factores como la distribución de clavijas, las vías y el espacio de cableado, el propósito de la coincidencia de la longitud de la línea debe lograrse mediante un devanado adecuado, pero el resultado debe ser que algunas áreas del par diferencial no pueden ser paralelas. La regla más importante en el diseño de trazas diferenciales de PCB es la longitud de línea correspondiente. Otras reglas se pueden manejar de manera flexible de acuerdo con los requisitos de diseño y las aplicaciones reales.

Malentendido 3: Piense que el cableado diferencial debe estar muy cerca.

Mantener las trazas diferenciales cerca no es más que mejorar su acoplamiento, lo que no solo puede mejorar la inmunidad al ruido, sino también hacer un uso completo de la polaridad opuesta del campo magnético para compensar la interferencia electromagnética al mundo exterior. Aunque este enfoque es muy beneficioso en la mayoría de los casos, no es absoluto. Si podemos asegurarnos de que estén completamente protegidos de interferencias externas, entonces no es necesario utilizar un acoplamiento fuerte para lograr la antiinterferencia. Y el propósito de suprimir EMI.

¿Cómo podemos asegurar un buen aislamiento y blindaje de las trazas diferenciales? Aumentar el espaciado con otros rastros de señal es una de las formas más básicas. La energía del campo electromagnético disminuye con el cuadrado de la distancia. Generalmente, cuando el espaciado de línea excede 4 veces el ancho de línea, la interferencia entre ellos es extremadamente débil. Puede ignorarse.