In greitaeigė PCB dizainas, diferencialinio signalo (DIFferencial Signal) taikymas tampa vis platesnis, o svarbiausias signalas grandinėje dažnai projektuojamas su diferencine struktūra. Kodėl taip yra? Palyginti su įprastu vieno galo signalo nukreipimu, diferencialiniai signalai turi stiprią anti-interferenciją, veiksmingą EMI slopinimą ir tikslią laiko padėties nustatymą.

Diferencialinio signalo PCB laidų reikalavimai

Grandinės plokštėje diferencialiniai pėdsakai turi būti dvi vienodo ilgio, vienodo pločio, arti ir tame pačiame lygyje esančios linijos.

1. Vienodas ilgis: vienodas ilgis reiškia, kad dviejų linijų ilgis turi būti kuo ilgesnis, siekiant užtikrinti, kad du skirtingi signalai visada išlaikytų priešingą poliškumą. Sumažinkite bendro režimo komponentus.

2. Vienodas plotis ir vienodas atstumas: vienodas plotis reiškia, kad dviejų signalų pėdsakų plotis turi būti toks pat, o vienodas atstumas reiškia, kad atstumas tarp dviejų laidų turi būti pastovus ir lygiagretus.

3. Minimalus impedanso pokytis: projektuojant PCB su diferencialiniais signalais, vienas iš svarbiausių dalykų yra išsiaiškinti tikslinę programos varžą ir atitinkamai suplanuoti diferencialinę porą. Be to, impedanso pokytis turi būti kuo mažesnis. Diferencialinės linijos varža priklauso nuo tokių veiksnių kaip pėdsakų plotis, pėdsakų jungtis, vario storis ir PCB medžiaga bei sudėtis. Kai bandote išvengti visko, kas keičia diferencialinės poros varžą, apsvarstykite kiekvieną iš jų.

Dažni nesusipratimai PCB diferencialinio signalo projektavimo srityje

1 nesusipratimas: Manoma, kad diferencialiniam signalui nereikia įžeminimo plokštumos kaip grįžimo kelio arba kad diferencialiniai pėdsakai suteikia vienas kitam grįžimo kelią.

Šio nesusipratimo priežastis yra ta, kad juos glumina paviršutiniški reiškiniai, arba didelio greičio signalo perdavimo mechanizmas nėra pakankamai gilus. Diferencialinės grandinės yra nejautrios panašiems įžeminimo atšokimams ir kitiems triukšmo signalams, kurie gali būti maitinimo ir įžeminimo plokštumose. Dalinis įžeminimo plokštumos grąžinimo panaikinimas nereiškia, kad diferencialo grandinė nenaudoja atskaitos plokštumos kaip signalo grįžimo kelio. Tiesą sakant, signalo grąžinimo analizėje diferencialinių laidų ir įprastų vieno galų laidų mechanizmas yra tas pats, tai yra, aukšto dažnio signalai visada persikelia išilgai kilpos su mažiausiu induktyvumu. Didžiausias skirtumas yra tas, kad be sukabinimo su žeme, diferencialo linija taip pat turi abipusį sujungimą. Kuri jungtis yra stipri, o kuri tampa pagrindiniu grįžimo keliu.

PCB grandinės konstrukcijoje jungtis tarp diferencialo pėdsakų paprastai yra maža, dažnai sudaro tik 10–20% sujungimo laipsnio, o daugiau yra sujungimo su žeme, todėl pagrindinis diferencialo pėdsakų grįžimo kelias vis dar egzistuoja ant žemės. lėktuvas . Kai įžeminimo plokštumoje yra netolydumas, sujungimas tarp diferencialo pėdsakų srityje be atskaitos plokštumos suteiks pagrindinį grįžimo kelią, nors atskaitos plokštumos netolydumas neturi įtakos diferencialo pėdsakams įprastoje vienagalėje. pėdsakai Tai rimta, bet vis tiek pablogins diferencialo signalo kokybę ir padidins EMI, ko reikėtų kiek įmanoma vengti.

Be to, kai kurie dizaineriai mano, kad atskaitos plokštuma, esanti po diferencialiniu pėdsaku, gali būti pašalinta, kad būtų slopinama dalis bendro režimo signalo diferencialo perdavimo metu. Tačiau teoriškai šis metodas nėra pageidautinas. Kaip valdyti varžą? Nesuteikus įžeminimo varžos kilpos bendrojo režimo signalui, neišvengiamai sukels EMI spinduliuotė. Šis požiūris atneša daugiau žalos nei naudos.

2 nesusipratimas: manoma, kad vienodo atstumo laikymasis yra svarbiau nei linijos ilgio suderinimas.

Faktiniame PCB išdėstyme dažnai neįmanoma vienu metu atitikti diferencialinio projektavimo reikalavimų. Dėl tokių veiksnių kaip kaiščių paskirstymas, perėjimai ir laidų erdvė, linijos ilgio suderinimo tikslas turi būti pasiektas naudojant tinkamą apviją, tačiau rezultatas turi būti toks, kad kai kurios diferencialinės poros sritys negali būti lygiagrečios. Svarbiausia taisyklė projektuojant PCB diferencialinius pėdsakus yra atitinkamos linijos ilgis. Kitos taisyklės gali būti lanksčiai tvarkomos atsižvelgiant į projektavimo reikalavimus ir faktinius pritaikymus.

3 nesusipratimas: pagalvokite, kad diferencialo laidai turi būti labai arti.

Diferencialinių pėdsakų išlaikymas yra ne kas kita, kaip sustiprinti jų jungtį, kuri gali ne tik pagerinti atsparumą triukšmui, bet ir visiškai išnaudoti priešingą magnetinio lauko poliškumą, kad būtų kompensuoti elektromagnetiniai trukdžiai išoriniam pasauliui. Nors šis metodas daugeliu atvejų yra labai naudingas, jis nėra absoliutus. Jei galime užtikrinti, kad jie būtų visiškai apsaugoti nuo išorinių trukdžių, mums nereikia naudoti stiprios jungties, kad būtų išvengta trukdžių. Ir EMI slopinimo tikslas.

Kaip galime užtikrinti gerą diferencialo pėdsakų izoliaciją ir ekranavimą? Atstumo didinimas su kitais signalo pėdsakais yra vienas iš pagrindinių būdų. Elektromagnetinio lauko energija mažėja didėjant atstumo kvadratui. Paprastai, kai atstumas tarp eilučių viršija 4 kartus linijos plotį, trukdžiai tarp jų yra labai silpni. Galima ignoruoti.