In PCB de alta velocidade deseño, a aplicación de sinal diferencial (Sinal DIFERENCIAL) é cada vez máis extensa e o sinal máis crítico do circuíto adoita deseñarse cunha estrutura diferencial. Por que é así? En comparación co enrutamento de sinal dun único extremo ordinario, os sinais diferenciais teñen as vantaxes dunha forte capacidade anti-interferencia, unha supresión efectiva de EMI e un posicionamento de tempo preciso.

Requisitos de cableado do PCB do sinal diferencial

Na placa de circuíto, as trazas diferenciais deben ser dúas liñas de igual lonxitude, igual ancho, moi próximas e ao mesmo nivel.

1. Lonxitude igual: lonxitude igual significa que a lonxitude das dúas liñas debe ser o máis longa posible, para garantir que os dous sinais diferenciais manteñan polaridades opostas en todo momento. Reducir os compoñentes do modo común.

2. Igual ancho e igual distancia: a igual anchura significa que o ancho das trazas dos dous sinais debe manterse igual, e a mesma distancia significa que a distancia entre os dous fíos debe manterse constante e paralela.

3. Cambio de impedancia mínima: ao deseñar un PCB con sinais diferenciais, unha das cousas máis importantes é descubrir a impedancia obxectivo da aplicación e, a continuación, planificar o par diferencial en consecuencia. Ademais, mantén o cambio de impedancia o menor posible. A impedancia da liña diferencial depende de factores como o ancho da traza, o acoplamento da traza, o espesor do cobre e o material e a acumulación de PCB. Cando intentes evitar calquera cousa que cambie a impedancia dun par diferencial, considera cada unha delas.

Malentendidos comúns no deseño de sinal diferencial de PCB

Malentendido 1: crese que o sinal diferencial non necesita un plano de terra como camiño de retorno, ou que os trazos diferenciais proporcionan un camiño de retorno entre si.

O motivo deste malentendido é que están confundidos por fenómenos superficiais ou o mecanismo de transmisión de sinal de alta velocidade non é o suficientemente profundo. Os circuítos diferenciais son insensibles a rebotes de terra similares e outros sinais de ruído que poidan existir nos planos de potencia e terra. A cancelación parcial do retorno do plano de terra non significa que o circuíto diferencial non utilice o plano de referencia como camiño de retorno do sinal. De feito, na análise de retorno do sinal, o mecanismo de cableado diferencial e o cableado ordinario dun único extremo é o mesmo, é dicir, os sinais de alta frecuencia son sempre refluxo ao longo do bucle coa inductancia máis pequena. A maior diferenza é que ademais do acoplamento ao chan, a liña diferencial tamén ten acoplamento mutuo. Que tipo de acoplamento é forte e cal se converte no principal camiño de retorno.

No deseño de circuítos de PCB, o acoplamento entre os trazos diferenciais é xeralmente pequeno, moitas veces só representa un 10-20% do grao de acoplamento, e máis é o acoplamento ao chan, polo que o camiño de retorno principal do trazo diferencial aínda existe no chan. avión . Cando hai unha descontinuidade no plano de terra, o acoplamento entre as trazas diferenciais na zona sen plano de referencia proporcionará o camiño de retorno principal, aínda que a descontinuidade do plano de referencia non ten ningún impacto nas trazas diferenciais do único extremo ordinario. rastros É grave, pero aínda así reducirá a calidade do sinal diferencial e aumentará a EMI, que debería evitarse na medida do posible.

Ademais, algúns deseñadores cren que o plano de referencia baixo a traza diferencial pode eliminarse para suprimir parte do sinal de modo común na transmisión diferencial. Non obstante, este enfoque non é desexable en teoría. Como controlar a impedancia? Non proporcionar un bucle de impedancia de terra para o sinal de modo común provocará inevitablemente radiación EMI. Este enfoque fai máis mal que ben.

Malentendido 2: crese que manter o espazo igual é máis importante que a lonxitude das liñas coincidentes.

No deseño real de PCB, moitas veces non é posible cumprir os requisitos do deseño diferencial ao mesmo tempo. Debido á existencia de factores como a distribución de pins, vías e espazo de cableado, o propósito da coincidencia da lonxitude da liña debe conseguirse mediante un bo enrolamento adecuado, pero o resultado debe ser que algunhas áreas do par diferencial non poden ser paralelas. A regra máis importante no deseño de trazos diferenciais de PCB é a lonxitude da liña coincidente. Outras regras pódense manexar de forma flexible segundo os requisitos de deseño e as aplicacións reais.

Malentendido 3: Pensa que o cableado diferencial debe estar moi preto.

Manter preto das trazas diferenciais non é máis que mellorar o seu acoplamento, o que non só pode mellorar a inmunidade ao ruído, senón que tamén pode aproveitar ao máximo a polaridade oposta do campo magnético para compensar as interferencias electromagnéticas ao mundo exterior. Aínda que este enfoque é moi beneficioso na maioría dos casos, non é absoluto. Se podemos asegurarnos de que estean totalmente protexidos das interferencias externas, entón non necesitamos usar un acoplamento forte para conseguir antiinterferencias. E o propósito de suprimir EMI.

Como podemos garantir un bo illamento e apantallamento das trazas diferenciais? Aumentar o espazamento con outras trazas de sinal é unha das formas máis básicas. A enerxía do campo electromagnético diminúe co cadrado da distancia. Xeralmente, cando o espazo entre liñas supera 4 veces o ancho da liña, a interferencia entre elas é extremadamente débil. Pódese ignorar.