In PCB berkecepatan tinggi desain, penerapan sinyal diferensial (Sinyal DIFFerential) menjadi lebih dan lebih luas, dan sinyal yang paling kritis dalam rangkaian sering dirancang dengan struktur diferensial. Kenapa gitu? Dibandingkan dengan perutean sinyal ujung tunggal biasa, sinyal diferensial memiliki keunggulan kemampuan anti-interferensi yang kuat, penekanan EMI yang efektif, dan penentuan posisi waktu yang tepat.

Persyaratan kabel sinyal PCB diferensial

Di papan sirkuit, jejak diferensial harus berupa dua garis dengan panjang yang sama, lebar yang sama, jarak yang dekat, dan pada tingkat yang sama.

1. Panjang yang sama: Panjang yang sama berarti bahwa panjang dari dua garis harus sepanjang mungkin, untuk memastikan bahwa dua sinyal diferensial menjaga polaritas yang berlawanan setiap saat. Kurangi komponen mode umum.

2. Lebar yang sama dan jarak yang sama: Lebar yang sama berarti lebar jejak kedua sinyal harus dijaga tetap sama, dan jarak yang sama berarti jarak antara dua kabel harus dijaga konstan dan paralel.

3. Perubahan impedansi minimal: Saat merancang PCB dengan sinyal diferensial, salah satu hal terpenting adalah mengetahui impedansi target aplikasi, dan kemudian merencanakan pasangan diferensial yang sesuai. Selain itu, jaga agar perubahan impedansi sekecil mungkin. Impedansi saluran diferensial tergantung pada faktor-faktor seperti lebar jejak, kopling jejak, ketebalan tembaga, dan bahan PCB dan susunan. Ketika Anda mencoba untuk menghindari apa pun yang mengubah impedansi pasangan diferensial, pertimbangkan masing-masing.

Kesalahpahaman umum dalam desain sinyal diferensial PCB

Kesalahpahaman 1: Dipercaya bahwa sinyal diferensial tidak memerlukan bidang tanah sebagai jalur kembali, atau bahwa jejak diferensial menyediakan jalur kembali satu sama lain.

Alasan kesalahpahaman ini adalah karena mereka bingung dengan fenomena yang dangkal, atau mekanisme transmisi sinyal berkecepatan tinggi tidak cukup dalam. Sirkuit diferensial tidak peka terhadap pantulan tanah yang serupa dan sinyal kebisingan lainnya yang mungkin ada pada bidang daya dan tanah. Pembatalan pengembalian sebagian bidang tanah tidak berarti bahwa rangkaian diferensial tidak menggunakan bidang referensi sebagai jalur pengembalian sinyal. Faktanya, dalam analisis pengembalian sinyal, mekanisme pengkabelan diferensial dan pengkabelan ujung tunggal biasa adalah sama, yaitu, sinyal frekuensi tinggi selalu mengalir kembali di sepanjang loop dengan induktansi terkecil. Perbedaan terbesar adalah bahwa selain kopling ke tanah, saluran diferensial juga memiliki kopling timbal balik. Kopling jenis mana yang kuat, dan mana yang menjadi jalur balik utama.

Dalam desain sirkuit PCB, kopling antara jejak diferensial umumnya kecil, seringkali hanya menyumbang 10-20% dari tingkat kopling, dan lebih banyak adalah sambungan ke tanah, sehingga jalur kembali utama jejak diferensial masih ada di tanah. pesawat . Ketika ada diskontinuitas di bidang dasar, kopling antara jejak diferensial di daerah tanpa bidang referensi akan memberikan jalur balik utama, meskipun diskontinuitas bidang referensi tidak berdampak pada jejak diferensial pada ujung tunggal biasa. jejak Ini serius, tetapi masih akan mengurangi kualitas sinyal diferensial dan meningkatkan EMI, yang harus dihindari sebisa mungkin.

Selain itu, beberapa perancang percaya bahwa bidang referensi di bawah jejak diferensial dapat dihilangkan untuk menekan bagian dari sinyal mode umum dalam transmisi diferensial. Namun, pendekatan ini tidak diinginkan dalam teori. Bagaimana cara mengontrol impedansi? Tidak menyediakan loop impedansi ground untuk sinyal mode umum pasti akan menyebabkan radiasi EMI. Pendekatan ini lebih banyak merugikan daripada kebaikan.

Kesalahpahaman 2: Diyakini bahwa menjaga jarak yang sama lebih penting daripada mencocokkan panjang garis.

Dalam tata letak PCB yang sebenarnya, seringkali tidak mungkin untuk memenuhi persyaratan desain diferensial pada saat yang bersamaan. Karena adanya faktor-faktor seperti distribusi pin, vias, dan ruang pengkabelan, tujuan pencocokan panjang saluran harus dicapai melalui belitan yang tepat, tetapi hasilnya harus beberapa area dari pasangan diferensial tidak dapat paralel. Aturan terpenting dalam desain jejak diferensial PCB adalah panjang garis yang cocok. Aturan lain dapat ditangani secara fleksibel sesuai dengan persyaratan desain dan aplikasi aktual.

Kesalahpahaman 3: Pikirkan bahwa kabel diferensial harus sangat dekat.

Menjaga jejak diferensial dekat tidak lebih dari untuk meningkatkan kopling mereka, yang tidak hanya dapat meningkatkan kekebalan terhadap kebisingan, tetapi juga memanfaatkan sepenuhnya polaritas berlawanan dari medan magnet untuk mengimbangi interferensi elektromagnetik ke dunia luar. Meskipun pendekatan ini sangat bermanfaat dalam banyak kasus, itu tidak mutlak. Jika kita dapat memastikan bahwa mereka sepenuhnya terlindung dari gangguan eksternal, maka kita tidak perlu menggunakan kopling yang kuat untuk mencapai anti-interferensi. Dan tujuan menekan EMI.

Bagaimana kita dapat memastikan isolasi dan perlindungan jejak diferensial yang baik? Meningkatkan jarak dengan jejak sinyal lainnya adalah salah satu cara paling dasar. Energi medan elektromagnetik berkurang dengan kuadrat jarak. Umumnya, ketika jarak garis melebihi 4 kali lebar garis, interferensi di antara keduanya sangat lemah. Bisa diabaikan.