In nopea PCB Suunnittelussa differentiaalisignaalin (DIFferential Signal) käyttö laajenee ja piirin kriittisin signaali on usein suunniteltu differentiaalirakenteella. Miksi se on niin? Verrattuna tavalliseen yksipäiseen signaalin reitittämiseen, differentiaalisignaalien etuna on vahva häiriönestokyky, tehokas EMI:n vaimennus ja tarkka ajoituspaikannus.

Differentiaalisignaalin PCB-johdotusvaatimukset

Piirilevyllä differentiaalijälkien on oltava kaksi yhtä pitkää, yhtä leveää, lähekkäin ja samalla tasolla olevaa riviä.

1. Samanpituinen: Sama pituus tarkoittaa, että kahden linjan pituuden tulee olla mahdollisimman pitkä, jotta varmistetaan, että kaksi differentiaalisignaalia ovat aina vastakkaisia. Vähennä yhteistilan komponentteja.

2. Sama leveys ja yhtä suuri etäisyys: Sama leveys tarkoittaa, että kahden signaalin jälkien leveys on pidettävä samana, ja sama etäisyys tarkoittaa, että kahden johtimen välinen etäisyys on pidettävä vakiona ja yhdensuuntaisena.

3. Minimiimpedanssin muutos: Suunniteltaessa differentiaalisignaaleilla varustettua piirilevyä, yksi tärkeimmistä asioista on selvittää sovelluksen tavoiteimpedanssi ja suunnitella differentiaalipari sen mukaan. Lisäksi pidä impedanssin muutos mahdollisimman pienenä. Differentiaalilinjan impedanssi riippuu tekijöistä, kuten jäljen leveydestä, jälkikytkennästä, kuparin paksuudesta sekä PCB-materiaalista ja pinosta. Kun yrität välttää mitään, mikä muuttaa differentiaaliparin impedanssia, harkitse jokaista niistä.

Yleisiä väärinkäsityksiä PCB-differentiaalisignaalien suunnittelussa

Väärinkäsitys 1: Uskotaan, että differentiaalisignaali ei tarvitse maatasoa paluureittinä tai että differentiaalijäljet ​​tarjoavat paluutien toisilleen.

Syy tähän väärinymmärrykseen on se, että pinnalliset ilmiöt hämmentyvät tai nopean signaalinsiirron mekanismi ei ole tarpeeksi syvä. Differentiaalipiirit eivät ole herkkiä samanlaisille maadoituspomppauksille ja muille kohinasignaaleille, joita voi esiintyä teho- ja maatasolla. Maatason osittaisen palautuksen kumoaminen ei tarkoita, että differentiaalipiiri ei käytä referenssitasoa signaalin paluureittinä. Itse asiassa signaalin paluuanalyysissä differentiaalijohdotuksen ja tavallisen yksipäisen johdotuksen mekanismi on sama, eli korkeataajuiset signaalit ovat aina Reflow-silmukkaa, jolla on pienin induktanssi. Suurin ero on, että tasauspyörästössä on maakytkennän lisäksi myös keskinäinen kytkentä. Millainen kytkentä on vahva ja mistä tulee pääpaluupolku.

PCB-piirien suunnittelussa differentiaalijälkien välinen kytkentä on yleensä pieni, usein vain 10-20% kytkentäasteesta, ja enemmän on kytkentä maahan, joten differentiaalijäljen pääpaluupolku on edelleen maassa. kone. Kun maatasossa on epäjatkuvuus, kytkentä differentiaalijuovien välillä alueella, jossa ei ole vertailutasoa, muodostaa pääpaluupolun, vaikka vertailutason epäjatkuvuudella ei ole vaikutusta tavallisen yksipään differentiaalijuoviin. jälkiä Se on vakava, mutta se silti heikentää differentiaalisignaalin laatua ja lisää EMI:tä, jota tulisi välttää niin paljon kuin mahdollista.

Lisäksi jotkut suunnittelijat uskovat, että differentiaalijäljen alla oleva vertailutaso voidaan poistaa osan yhteismoodisignaalista vaimentamiseksi differentiaalilähetyksessä. Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan ole teoriassa toivottava. Kuinka ohjata impedanssia? Maaimpedanssisilmukan jättäminen yhteismuotoiseen signaaliin aiheuttaa väistämättä EMI-säteilyä. Tämä lähestymistapa tuottaa enemmän haittaa kuin hyötyä.

Väärinkäsitys 2: Uskotaan, että yhtäläisten välien pitäminen on tärkeämpää kuin rivin pituuden sovittaminen.

Varsinaisessa piirilevyasettelussa ei useinkaan ole mahdollista täyttää differentiaalisuunnittelun vaatimuksia samanaikaisesti. Koska on olemassa tekijöitä, kuten nastajakauma, läpivientit ja kytkentätila, linjan pituuden sovituksen tarkoitus on saavutettava asianmukaisella käämityksellä, mutta tuloksena on oltava, että jotkin differentiaaliparin alueet eivät voi olla rinnakkaisia. PCB-differentiaalijälkien suunnittelussa tärkein sääntö on sovitusviivan pituus. Muut säännöt voidaan käsitellä joustavasti suunnitteluvaatimusten ja todellisten sovellusten mukaan.

Väärinkäsitys 3: Ajattele, että differentiaalijohdotuksen on oltava hyvin lähellä.

Differentiaalijälkien pitäminen lähellä ei ole muuta kuin niiden kytkennän parantamista, mikä ei vain voi parantaa häiriönkestävyyttä, vaan myös hyödyntää täysimääräisesti magneettikentän vastakkaista napaisuutta kompensoidakseen sähkömagneettisia häiriöitä ulkomaailmaan. Vaikka tämä lähestymistapa on erittäin hyödyllinen useimmissa tapauksissa, se ei ole ehdoton. Jos voimme varmistaa, että ne ovat täysin suojattuja ulkoisilta häiriöiltä, ​​meidän ei tarvitse käyttää voimakasta kytkentää häiriöneston saavuttamiseksi. Ja EMI:n tukahduttamisen tarkoitus.

Kuinka voimme varmistaa erotusjälkien hyvän eristyksen ja suojauksen? Välien lisääminen muiden signaalijälkien kanssa on yksi perusmenetelmistä. Sähkömagneettisen kentän energia pienenee etäisyyden neliön myötä. Yleensä, kun riviväli ylittää 4 kertaa rivin leveyden, niiden välinen häiriö on erittäin heikko. Voidaan jättää huomiotta.