In 高速PCB 設計では、差動信号（DIFferential Signal）のアプリケーションがますます広範になり、回路内の最も重要な信号は、多くの場合、差動構造で設計されています。 なぜそうなのですか？ 通常のシングルエンド信号ルーティングと比較して、差動信号には、強力な干渉防止機能、EMIの効果的な抑制、および正確なタイミング測位という利点があります。

差動信号PCB配線要件

回路基板上では、差動トレースは、同じ長さ、同じ幅、近接、同じレベルのXNUMX本の線である必要があります。

1.等しい長さ：等しい長さは、XNUMXつの差動信号が常に反対の極性を維持することを保証するために、XNUMXつの線の長さをできるだけ長くする必要があることを意味します。 コモンモードコンポーネントを減らします。

2.等しい幅と等しい距離：等しい幅は、XNUMXつの信号のトレースの幅を同じに保つ必要があることを意味し、等しい距離は、XNUMXつのワイヤ間の距離を一定かつ平行に保つ必要があることを意味します。

3.インピーダンスの変化を最小限に抑える：差動信号を使用してPCBを設計する場合、最も重要なことのXNUMXつは、アプリケーションのターゲットインピーダンスを見つけ、それに応じて差動ペアを計画することです。 また、インピーダンスの変化をできるだけ小さくしてください。 差動ラインのインピーダンスは、トレース幅、トレース結合、銅の厚さ、PCB材料とスタックアップなどの要因によって異なります。 差動ペアのインピーダンスを変更するものを避けようとするときは、それぞれを考慮してください。

PCB差動信号設計における一般的な誤解

誤解1：差動信号は、リターンパスとしてグランドプレーンを必要としないか、差動トレースが相互にリターンパスを提供すると考えられています。

この誤解の理由は、それらが表面的な現象によって混乱している、または高速信号伝送のメカニズムが十分に深くないためです。 差動回路は、電源プレーンとグランドプレーンに存在する可能性のある同様のグランドバウンスやその他のノイズ信号の影響を受けません。 グランドプレーンの部分的なリターンキャンセルは、差動回路が信号リターンパスとして基準プレーンを使用しないことを意味するものではありません。 実際、信号リターン解析では、差動配線と通常のシングルエンド配線のメカニズムは同じです。つまり、高周波信号は常に最小のインダクタンスを持つループに沿ってリフローします。 最大の違いは、グランドへの結合に加えて、ディファレンシャルラインにも相互結合があることです。 どの種類の結合が強く、どちらがメインのリターンパスになりますか。

PCB回路設計では、差動トレース間の結合は一般に小さく、結合度の10〜20％しか占めていないことが多く、さらに多くがグランドへの結合であるため、差動トレースのメインリターンパスは依然としてグランド上に存在します。飛行機 。 グランドプレーンに不連続性がある場合、基準面のない領域の差動トレース間の結合がメインリターンパスを提供しますが、基準面の不連続性は通常のシングルエンドの差動トレースに影響を与えません。トレース深刻ですが、それでも差動信号の品質が低下し、EMIが増加するため、可能な限り回避する必要があります。

さらに、一部の設計者は、差動トレースの下の基準面を削除して、差動伝送のコモンモード信号の一部を抑制することができると考えています。 ただし、このアプローチは理論的には望ましくありません。 インピーダンスを制御する方法は？ コモンモード信号にグランドインピーダンスループを提供しないと、必然的にEMI放射が発生します。 このアプローチは、良いことよりも害を及ぼします。

誤解2：線の長さを一致させるよりも、等間隔を保つことが重要であると考えられています。

実際のPCBレイアウトでは、差動設計の要件を同時に満たすことができない場合がよくあります。 ピン配置、ビア、配線スペースなどの要因が存在するため、線長のマッチングの目的は適切な巻線によって達成する必要がありますが、その結果、差動ペアの一部の領域を並列にできない必要があります。 PCB差動トレースの設計で最も重要なルールは、一致するライン長です。 その他のルールは、設計要件や実際のアプリケーションに応じて柔軟に処理できます。

誤解3：差動配線は非常に接近している必要があると考えてください。

差動トレースを近くに保つことは、それらの結合を強化することに他なりません。これは、ノイズに対する耐性を向上させるだけでなく、磁場の反対の極性を最大限に活用して、外界への電磁干渉を相殺します。 このアプローチはほとんどの場合非常に有益ですが、絶対的なものではありません。 それらが外部干渉から完全にシールドされていることを確認できれば、干渉防止を実現するために強力な結合を使用する必要はありません。 そしてEMIを抑制する目的。

差動トレースの良好な分離とシールドをどのように確保できますか？ 他の信号トレースとの間隔を広げることは、最も基本的な方法の4つです。 電磁界エネルギーは距離のXNUMX乗で減少します。 一般に、線間隔が線幅のXNUMX倍を超えると、それらの間の干渉は非常に弱くなります。 無視できます。