In მაღალსიჩქარიანი PCB დიზაინი, დიფერენციალური სიგნალის გამოყენება (DIFferential Signal) სულ უფრო ფართოვდება და ყველაზე კრიტიკული სიგნალი წრედში ხშირად შექმნილია დიფერენციალური სტრუქტურით. რატომ არის ასე? ჩვეულებრივ ერთჯერადი სიგნალის მარშრუტიზაციასთან შედარებით, დიფერენციალურ სიგნალებს აქვთ ძლიერი ჩარევის უნარის, EMI-ის ეფექტური ჩახშობის და ზუსტი დროის განლაგების უპირატესობა.

დიფერენციალური სიგნალის PCB გაყვანილობის მოთხოვნები

მიკროსქემის დაფაზე დიფერენციალური კვალი უნდა იყოს ორი ხაზი თანაბარი სიგრძით, თანაბარი სიგანე, სიახლოვე და იმავე დონეზე.

1. თანაბარი სიგრძე: თანაბარი სიგრძე ნიშნავს, რომ ორი ხაზის სიგრძე უნდა იყოს რაც შეიძლება გრძელი, რათა უზრუნველყოფილ იქნას ორი დიფერენციალური სიგნალის საპირისპირო პოლარობის შენარჩუნება. შეამცირეთ საერთო რეჟიმის კომპონენტები.

2. თანაბარი სიგანე და თანაბარი მანძილი: თანაბარი სიგანე ნიშნავს, რომ ორი სიგნალის კვალის სიგანე უნდა იყოს იგივე, ხოლო თანაბარი მანძილი ნიშნავს, რომ მანძილი ორ მავთულს შორის უნდა იყოს მუდმივი და პარალელურად.

3. მინიმალური წინაღობის ცვლილება: დიფერენციალური სიგნალებით PCB-ის დაპროექტებისას ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი არის აპლიკაციის სამიზნე წინაღობის გარკვევა და ამის შემდეგ დიფერენციალური წყვილის დაგეგმვა. გარდა ამისა, შეინახეთ წინაღობის ცვლილება რაც შეიძლება მცირე. დიფერენციალური ხაზის წინაღობა დამოკიდებულია ისეთ ფაქტორებზე, როგორიცაა კვალის სიგანე, კვალის შეერთება, სპილენძის სისქე და PCB მასალა და დაწყობა. როდესაც ცდილობთ თავიდან აიცილოთ ყველაფერი, რაც ცვლის დიფერენციალური წყვილის წინაღობას, გაითვალისწინეთ თითოეული მათგანი.

გავრცელებული გაუგებრობები PCB დიფერენციალური სიგნალის დიზაინში

გაუგებრობა 1: ითვლება, რომ დიფერენციალურ სიგნალს არ სჭირდება მიწის სიბრტყე, როგორც დაბრუნების გზა, ან რომ დიფერენციალური კვალი უზრუნველყოფს ერთმანეთისთვის დაბრუნების გზას.

ამ გაუგებრობის მიზეზი არის ის, რომ ისინი დაბნეული არიან ზედაპირული ფენომენებით, ან მაღალსიჩქარიანი სიგნალის გადაცემის მექანიზმი საკმარისად ღრმა არ არის. დიფერენციალური სქემები არ არის მგრძნობიარე მიწის მსგავსი გადახტომებისა და სხვა ხმაურის სიგნალების მიმართ, რომლებიც შეიძლება არსებობდეს სიმძლავრისა და მიწის სიბრტყეებზე. მიწის სიბრტყის ნაწილობრივი დაბრუნების გაუქმება არ ნიშნავს, რომ დიფერენციალური წრე არ იყენებს საცნობარო სიბრტყეს, როგორც სიგნალის დაბრუნების გზას. სინამდვილეში, სიგნალის დაბრუნების ანალიზში, დიფერენციალური გაყვანილობის მექანიზმი და ჩვეულებრივი ცალმხრივი გაყვანილობა ერთი და იგივეა, ანუ მაღალი სიხშირის სიგნალები ყოველთვის გადადიან მარყუჟის გასწვრივ უმცირესი ინდუქციით. ყველაზე დიდი განსხვავება ისაა, რომ მიწასთან შეერთების გარდა, დიფერენციალურ ხაზს ასევე აქვს ორმხრივი შეერთება. რომელი სახის შეერთებაა ძლიერი და რომელი ხდება მთავარი დაბრუნების გზა.

PCB მიკროსქემის დიზაინში, დიფერენციალურ კვალს შორის შეერთება ზოგადად მცირეა, ხშირად მხოლოდ შეერთების ხარისხის 10-20%-ს შეადგენს, და უფრო მეტია შეერთება მიწასთან, ასე რომ, დიფერენციალური კვალის ძირითადი დაბრუნების გზა ჯერ კიდევ არსებობს ადგილზე. თვითმფრინავი. როდესაც მიწის სიბრტყეში არის წყვეტა, დიფერენციალურ კვალს შორის დაწყვილება საცნობარო სიბრტყის გარეშე უზრუნველყოფს მთავარ დაბრუნების გზას, თუმცა საორიენტაციო სიბრტყის უწყვეტობა გავლენას არ ახდენს დიფერენციალურ კვალზე ჩვეულებრივ ერთბოლოზე. კვალი ეს სერიოზულია, მაგრამ მაინც შეამცირებს დიფერენციალური სიგნალის ხარისხს და გაზრდის EMI-ს, რაც მაქსიმალურად უნდა იქნას აცილებული.

გარდა ამისა, ზოგიერთი დიზაინერი თვლის, რომ დიფერენციალური კვალის ქვეშ არსებული საცნობარო სიბრტყე შეიძლება ამოღებულ იქნეს დიფერენციალური გადაცემის საერთო რეჟიმის სიგნალის ნაწილის ჩასახშობად. თუმცა, ეს მიდგომა არ არის სასურველი თეორიულად. როგორ გავაკონტროლოთ წინაღობა? საერთო რეჟიმის სიგნალისთვის მიწის წინაღობის მარყუჟის არ უზრუნველყოფა აუცილებლად გამოიწვევს EMI გამოსხივებას. ეს მიდგომა უფრო მეტ ზიანს აყენებს, ვიდრე სიკეთეს.

გაუგებრობა 2: ითვლება, რომ თანაბარი მანძილის შენარჩუნება უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე ხაზის სიგრძის შესატყვისი.

PCB-ის რეალურ განლაგებაში ხშირად შეუძლებელია დიფერენციალური დიზაინის მოთხოვნების ერთდროულად დაკმაყოფილება. ისეთი ფაქტორების არსებობის გამო, როგორიცაა ქინძისთავის განაწილება, ვიზები და გაყვანილობის სივრცე, ხაზის სიგრძის დამთხვევის მიზანი მიიღწევა სათანადო გრაგნილით, მაგრამ შედეგი უნდა იყოს ის, რომ დიფერენციალური წყვილის ზოგიერთი უბანი არ შეიძლება იყოს პარალელური. PCB დიფერენციალური კვალის დიზაინის ყველაზე მნიშვნელოვანი წესი არის შესაბამისი ხაზის სიგრძე. სხვა წესები შეიძლება მოქნილი იყოს დიზაინის მოთხოვნებისა და რეალური აპლიკაციების შესაბამისად.

გაუგებრობა 3: იფიქრეთ, რომ დიფერენციალური გაყვანილობა ძალიან ახლოს უნდა იყოს.

დიფერენციალური კვალის ახლოს შენარჩუნება სხვა არაფერია, თუ არა მათი შეერთების გაძლიერება, რაც არამარტო გააუმჯობესებს იმუნიტეტს ხმაურის მიმართ, არამედ სრულად გამოიყენებს მაგნიტური ველის საპირისპირო პოლარობას გარე სამყაროში ელექტრომაგნიტური ჩარევის კომპენსირებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მიდგომა უმეტეს შემთხვევაში ძალიან მომგებიანია, ის არ არის აბსოლუტური. თუ ჩვენ შეგვიძლია დავრწმუნდეთ, რომ ისინი სრულად არიან დაცული გარე ჩარევისგან, მაშინ ჩვენ არ გვჭირდება ძლიერი შეერთების გამოყენება ჩარევის საწინააღმდეგოდ. და EMI-ს ჩახშობის მიზანი.

როგორ შეგვიძლია უზრუნველვყოთ დიფერენციალური კვალის კარგი იზოლაცია და დაცვა? სხვა სიგნალის კვალთან მანძილის გაზრდა ერთ-ერთი ყველაზე ძირითადი გზაა. ელექტრომაგნიტური ველის ენერგია მცირდება მანძილის კვადრატთან ერთად. ზოგადად, როდესაც ხაზების მანძილი 4-ჯერ აღემატება ხაზის სიგანეს, მათ შორის ჩარევა უკიდურესად სუსტია. შეიძლება იგნორირება.