In kiire PCB projekteerimisel muutub diferentsiaalsignaali (DIFferential Signal) rakendamine üha ulatuslikumaks ning ahela kõige kriitilisem signaal on sageli kujundatud diferentsiaalstruktuuriga. Miks see nii on? Võrreldes tavalise ühe otsaga signaali marsruutimisega, on diferentsiaalsignaalidel eeliseks tugev häiretevastane võime, EMI tõhus mahasurumine ja täpne ajastuspositsioneerimine.

Diferentsiaalsignaali PCB juhtmestiku nõuded

Trükkplaadil peavad diferentsiaaljäljed olema kaks võrdse pikkusega, võrdse laiusega, vahetus läheduses ja samal tasemel joont.

1. Võrdne pikkus: võrdne pikkus tähendab, et kahe liini pikkus peaks olema võimalikult pikk, et tagada kahe diferentsiaalsignaali vastandlik polaarsus kogu aeg. Vähendage tavarežiimi komponente.

2. Võrdne laius ja võrdne kaugus: võrdne laius tähendab, et kahe signaali jälgede laius tuleb hoida samaks, ja võrdne kaugus tähendab, et kahe juhtme vaheline kaugus tuleb hoida konstantsena ja paralleelselt.

3. Minimaalne impedantsi muutus: Diferentsiaalsignaalidega PCB projekteerimisel on üks olulisemaid asju välja selgitada rakenduse sihttakistus ja seejärel diferentsiaalpaar selle järgi planeerida. Lisaks hoidke impedantsi muutus võimalikult väike. Diferentsiaaljoone impedants sõltub sellistest teguritest nagu jälje laius, jälje sidestus, vase paksus ning PCB materjal ja virnastus. Kui proovite vältida kõike, mis muudab diferentsiaalpaari takistust, kaaluge neid kõiki.

Levinud arusaamatused PCB diferentsiaalsignaali kujundamisel

Arusaamatus 1: Arvatakse, et diferentsiaalsignaal ei vaja tagasivooluteeks aluspinda või et diferentsiaaljäljed pakuvad üksteisele tagasiteed.

Selle arusaamatuse põhjuseks on see, et neid segavad pindmised nähtused või ei ole kiire signaaliedastuse mehhanism piisavalt sügav. Diferentsiaalahelad on tundlikud sarnaste maanduspõrgete ja muude mürasignaalide suhtes, mis võivad esineda toite- ja maandustasandil. Alusplaadi osaline tagasivoolu tühistamine ei tähenda, et diferentsiaallülitus ei kasuta signaali tagasivooluteena võrdlustasapinda. Tegelikult on signaali tagastamise analüüsis diferentsiaaljuhtmestiku ja tavalise ühe otsaga juhtmestiku mehhanism sama, see tähendab, et kõrgsageduslikud signaalid liiguvad alati mööda väikseima induktiivsusega silmust. Suurim erinevus seisneb selles, et diferentsiaalliinil on lisaks maapinnaga sidumisele ka vastastikune sidumine. Milline haakeseadis on tugev ja milline saab peamiseks tagasiteeks.

PCB vooluahela projekteerimisel on diferentsiaaljälgede vaheline sidestus üldiselt väike, moodustades sageli vaid 10–20% sidestusastmest ja rohkem on sidestus maapinnaga, seega on diferentsiaaljälje peamine tagasitee maapinnal endiselt olemas. lennuk . Kui alusplaadil esineb katkestus, tagab diferentsiaaljälgede vaheline side võrdlustasandita piirkonnas peamise tagasitee, kuigi võrdlustasandi katkestus ei mõjuta tavalise ühe otsaga diferentsiaaljälgi. jäljed See on tõsine, kuid siiski vähendab diferentsiaalsignaali kvaliteeti ja suurendab elektromagnetilist signaali, mida tuleks nii palju kui võimalik vältida.

Lisaks usuvad mõned disainerid, et diferentsiaaljälje all oleva võrdlustasandi saab eemaldada, et summutada osa ühisrežiimi signaalist diferentsiaalülekandes. See lähenemine pole aga teoreetiliselt soovitav. Kuidas impedantsi juhtida? Maandustakistussilmuse mittepakkumine ühisrežiimi signaalile põhjustab paratamatult EMI-kiirgust. Selline lähenemine toob rohkem kahju kui kasu.

Arusaam 2: Arvatakse, et võrdsete vahekauguste hoidmine on olulisem kui rea pikkuse sobitamine.

Tegeliku PCB paigutuse korral ei ole sageli võimalik diferentsiaaldisaini nõudeid samal ajal täita. Kuna on olemas sellised tegurid nagu kontaktide jaotus, läbiviigud ja juhtmestiku ruum, tuleb liini pikkuse sobitamise eesmärk saavutada õige mähise abil, kuid tulemuseks peab olema see, et mõned diferentsiaalpaari alad ei saa olla paralleelsed. PCB diferentsiaaljälgede projekteerimisel on kõige olulisem reegel sobiva joone pikkus. Teisi reegleid saab paindlikult käsitleda vastavalt projekteerimisnõuetele ja tegelikele rakendustele.

Arusaamatus 3: arvake, et diferentsiaali juhtmestik peab olema väga lähedal.

Diferentsiaaljälgede lähedal hoidmine pole midagi muud kui nende sidestuse tugevdamine, mis mitte ainult ei paranda mürakindlust, vaid kasutab täielikult ära ka magnetvälja vastupidise polaarsuse välismaailma elektromagnetiliste häirete kompenseerimiseks. Kuigi see lähenemisviis on enamikul juhtudel väga kasulik, ei ole see absoluutne. Kui suudame tagada, et need on väliste häirete eest täielikult kaitstud, ei pea me häiretevastaseks saavutamiseks kasutama tugevat sidet. Ja EMI mahasurumise eesmärk.

Kuidas saame tagada diferentsiaaljälgede hea isolatsiooni ja varjestuse? Vahekauguse suurendamine teiste signaalijälgedega on üks lihtsamaid viise. Elektromagnetvälja energia väheneb koos kauguse ruuduga. Üldiselt, kui reavahe ületab 4 korda rea ​​laiuse, on nende vaheline häire äärmiselt nõrk. Võib ignoreerida.