In PCB со голема брзина дизајн, примената на диференцијален сигнал (DIFferential Signal) станува сè пообемна, а најкритичниот сигнал во колото често е дизајниран со диференцијална структура. Зошто е тоа така? Во споредба со обичното насочување на сигналот со еден крај, диференцијалните сигнали ги имаат предностите на силната способност против пречки, ефективно потиснување на EMI и прецизно позиционирање на времето.

Барања за ожичување на ПХБ за диференцијален сигнал

На колото, диференцијалните траги мора да бидат две линии со еднаква должина, еднаква ширина, непосредна близина и на исто ниво.

1. Еднаква должина: Еднаква должина значи дека должината на двете линии треба да биде што е можно подолга, со цел да се осигура дека двата диференцијални сигнали одржуваат спротивни поларитети во секое време. Намалете ги компонентите на заедничкиот режим.

2. Еднаква ширина и еднакво растојание: Еднаква ширина значи дека ширината на трагите на двата сигнали треба да се одржува иста, а еднакво растојание значи дека растојанието помеѓу двете жици треба да се одржува константно и паралелно.

3. Промена на минималната импеданса: При дизајнирање на ПХБ со диференцијални сигнали, една од најважните работи е да се дознае целната импеданса на апликацијата, а потоа соодветно да се планира диференцијалниот пар. Дополнително, задржете ја промената на импедансата што е можно помала. Импедансата на диференцијалната линија зависи од фактори како што се ширината на трагата, спојувањето на трагата, дебелината на бакарот и материјалот и натрупувањето на ПХБ. Кога се обидувате да избегнете нешто што ја менува импедансата на диференцијален пар, земете го предвид секој од нив.

Вообичаени недоразбирања во дизајнот на диференцијалниот сигнал на ПХБ

Недоразбирање 1: Се верува дека на диференцијалниот сигнал не му е потребна рамнина за заземјување како повратен пат, или дека диференцијалните траги обезбедуваат повратен пат еден за друг.

Причината за ова недоразбирање е што тие се збунети од површни појави или механизмот на пренос на сигнал со голема брзина не е доволно длабок. Диференцијалните кола се нечувствителни на слични отскокнувања на земјата и други сигнали за бучава што може да постојат на рамнините за моќност и заземјување. Делумното откажување на враќањето на рамнината на заземјувањето не значи дека диференцијалното коло не ја користи референтната рамнина како патека за враќање на сигналот. Всушност, во анализата за враќање на сигналот, механизмот на диференцијални жици и обични еднокрајни жици е ист, односно, сигналите со висока фреквенција се секогаш Reflow по јамката со најмала индуктивност. Најголемата разлика е што покрај спојката со земја, диференцијалната линија има и меѓусебна спојка. Која спојка е силна, а која станува главна повратна патека.

Во дизајнот на колото на ПХБ, спојувањето помеѓу диференцијалните траги е генерално мала, честопати сочинува само 10-20% од степенот на спојување, а повеќе е спојувањето со земјата, така што главната повратна патека на диференцијалната трага сè уште постои на земјата. рамнина . Кога има дисконтинуитет во рамнината на земјата, спојувањето помеѓу диференцијалните траги во областа без референтна рамнина ќе ја обезбеди главната патека за враќање, иако дисконтинуитетот на референтната рамнина нема влијание врз диференцијалните траги на обичните еднокрајни траги Тоа е сериозно, но сепак ќе го намали квалитетот на диференцијалниот сигнал и ќе го зголеми EMI, што треба да се избегнува колку што е можно повеќе.

Покрај тоа, некои дизајнери веруваат дека референтната рамнина под диференцијалната трага може да се отстрани за да се потисне дел од сигналот за заеднички режим во диференцијалниот пренос. Сепак, овој пристап не е пожелен теоретски. Како да се контролира импедансата? Необезбедувањето јамка за импеданса на заземјувањето за сигналот за заеднички режим неизбежно ќе предизвика зрачење на EMI. Овој пристап прави повеќе штета отколку корист.

Недоразбирање 2: Се верува дека одржувањето на еднакво растојание е поважно од усогласувањето на должината на линијата.

Во вистинскиот распоред на ПХБ, честопати не е можно истовремено да се исполнат барањата за диференцијален дизајн. Поради постоењето на фактори како што се дистрибуцијата на пиновите, визите и просторот за ожичување, целта на усогласувањето на должината на линијата мора да се постигне преку правилно намотување, но резултатот мора да биде дека некои области од диференцијалниот пар не можат да бидат паралелни. Најважното правило во дизајнот на диференцијалните траги на ПХБ е должината на линијата што одговара. Со други правила може флексибилно да се постапува според барањата за дизајн и реалните апликации.

Недоразбирање 3: Мислам дека диференцијалното жици мора да биде многу блиску.

Одржувањето на диференцијалните траги блиску не е ништо повеќе од подобрување на нивната спојка, што не само што може да го подобри имунитетот на бучава, туку и целосно да го искористи спротивниот поларитет на магнетното поле за да ги надомести електромагнетните пречки во надворешниот свет. Иако овој пристап е многу корисен во повеќето случаи, тој не е апсолутен. Ако можеме да се осигураме дека тие се целосно заштитени од надворешни пречки, тогаш не треба да користиме силна спојка за да постигнеме анти-пречки. И целта на сузбивање на ЕМИ.

Како можеме да обезбедиме добра изолација и заштита на диференцијалните траги? Зголемувањето на растојанието со други сигнални траги е еден од најосновните начини. Енергијата на електромагнетното поле се намалува со квадратот на растојанието. Општо земено, кога растојанието помеѓу линиите надминува 4 пати од ширината на линијата, пречки меѓу нив е исклучително слаб. Може да се игнорира.