In PCB ad alta velocità progettazione, l’applicazione del segnale differenziale (DIFferential Signal) sta diventando sempre più estesa e il segnale più critico nel circuito è spesso progettato con una struttura differenziale. Perché è così? Rispetto al normale routing del segnale single-ended, i segnali differenziali presentano i vantaggi di una forte capacità anti-interferenza, un’efficace soppressione delle interferenze elettromagnetiche e un posizionamento preciso della temporizzazione.

Requisiti di cablaggio PCB segnale differenziale

Sulla scheda, le tracce differenziali devono essere due linee di uguale lunghezza, uguale larghezza, ravvicinate e sullo stesso livello.

1. Uguale lunghezza: Uguale lunghezza significa che la lunghezza delle due linee dovrebbe essere la più lunga possibile, in modo da garantire che i due segnali differenziali mantengano sempre polarità opposte. Ridurre i componenti di modo comune.

2. Uguale larghezza e uguale distanza: Uguale larghezza significa che la larghezza delle tracce dei due segnali deve essere mantenuta uguale, e uguale distanza significa che la distanza tra i due fili deve essere mantenuta costante e parallela.

3. Modifica minima dell’impedenza: quando si progetta un PCB con segnali differenziali, una delle cose più importanti è scoprire l’impedenza di destinazione dell’applicazione e quindi pianificare la coppia differenziale di conseguenza. Inoltre, mantenere la variazione di impedenza il più ridotta possibile. L’impedenza della linea differenziale dipende da fattori quali la larghezza della traccia, l’accoppiamento della traccia, lo spessore del rame, il materiale e l’impilamento del PCB. Quando cerchi di evitare qualsiasi cosa che cambi l’impedenza di una coppia differenziale, considera ciascuno di essi.

Fraintendimenti comuni nella progettazione del segnale differenziale PCB

Fraintendimento 1: Si ritiene che il segnale differenziale non abbia bisogno di un piano di massa come percorso di ritorno, o che le tracce differenziali forniscano un percorso di ritorno l’uno per l’altro.

La ragione di questo malinteso è che sono confusi da fenomeni superficiali, o il meccanismo di trasmissione del segnale ad alta velocità non è abbastanza profondo. I circuiti differenziali sono insensibili a rimbalzi di terra simili e altri segnali di rumore che possono esistere sui piani di alimentazione e di terra. La cancellazione parziale del ritorno del piano di massa non significa che il circuito differenziale non utilizzi il piano di riferimento come percorso di ritorno del segnale. Infatti, nell’analisi del ritorno del segnale, il meccanismo del cablaggio differenziale e del normale cablaggio single-ended è lo stesso, ovvero i segnali ad alta frequenza sono sempre rifluiti lungo il loop con l’induttanza più piccola. La differenza più grande è che oltre all’accoppiamento a terra, la linea differenziale ha anche l’accoppiamento reciproco. Quale tipo di accoppiamento è forte e quale diventa la principale via di ritorno.

Nella progettazione del circuito PCB, l’accoppiamento tra le tracce differenziali è generalmente piccolo, spesso rappresenta solo il 10-20% del grado di accoppiamento, e più è l’accoppiamento a terra, quindi il percorso di ritorno principale della traccia differenziale esiste ancora a terra aereo . Quando c’è una discontinuità nel piano di massa, l’accoppiamento tra le tracce differenziali nell’area senza un piano di riferimento fornirà il percorso di ritorno principale, sebbene la discontinuità del piano di riferimento non abbia impatto sulle tracce differenziali sull’ordinario single-ended tracce È grave, ma ridurrà comunque la qualità del segnale differenziale e aumenterà l’EMI, che dovrebbe essere evitato il più possibile.

Inoltre, alcuni progettisti ritengono che il piano di riferimento sotto la traccia differenziale possa essere rimosso per sopprimere parte del segnale di modo comune nella trasmissione differenziale. Tuttavia, questo approccio non è auspicabile in teoria. Come controllare l’impedenza? Non fornire un anello di impedenza di terra per il segnale di modo comune causerà inevitabilmente radiazioni EMI. Questo approccio fa più male che bene.

Incomprensione 2: si ritiene che mantenere una spaziatura uguale sia più importante che abbinare la lunghezza della linea.

Nel layout PCB effettivo, spesso non è possibile soddisfare contemporaneamente i requisiti della progettazione differenziale. A causa dell’esistenza di fattori quali la distribuzione dei pin, i via e lo spazio di cablaggio, lo scopo della corrispondenza della lunghezza della linea deve essere raggiunto attraverso un avvolgimento appropriato, ma il risultato deve essere che alcune aree della coppia differenziale non possono essere parallele. La regola più importante nella progettazione di tracce differenziali PCB è la lunghezza della linea corrispondente. Altre regole possono essere gestite in modo flessibile in base ai requisiti di progettazione e alle applicazioni effettive.

Incomprensione 3: Pensa che il cablaggio differenziale deve essere molto vicino.

Mantenere vicine le tracce differenziali non è altro che potenziarne l’accoppiamento, che può non solo migliorare l’immunità al rumore, ma anche sfruttare appieno la polarità opposta del campo magnetico per compensare le interferenze elettromagnetiche verso il mondo esterno. Sebbene questo approccio sia molto vantaggioso nella maggior parte dei casi, non è assoluto. Se possiamo garantire che siano completamente schermati dalle interferenze esterne, non è necessario utilizzare un accoppiamento forte per ottenere l’anti-interferenza. E lo scopo di sopprimere l’EMI.

Come possiamo garantire un buon isolamento e schermatura delle tracce differenziali? Aumentare la spaziatura con altre tracce di segnale è uno dei modi più elementari. L’energia del campo elettromagnetico diminuisce con il quadrato della distanza. Generalmente, quando l’interlinea supera 4 volte la larghezza della linea, l’interferenza tra di loro è estremamente debole. Può essere ignorato.