In høyhastighets PCB utforming, blir anvendelsen av differensialsignal (DIFferensial Signal) mer og mer omfattende, og det mest kritiske signalet i kretsen er ofte utformet med en differensialstruktur. Hvorfor er det slik? Sammenlignet med vanlig ensidig signalruting, har differensialsignaler fordelene med sterk anti-interferensevne, effektiv undertrykkelse av EMI og presis timingposisjonering.

Differensialsignal PCB ledningskrav

På kretskortet må differensialsporene være to linjer med lik lengde, lik bredde, nærhet og på samme nivå.

1. Lik lengde: Lik lengde betyr at lengden på de to linjene skal være så lang som mulig, for å sikre at de to differensialsignalene holder motsatte polariteter til enhver tid. Reduser fellesmoduskomponenter.

2. Lik bredde og lik avstand: Lik bredde betyr at bredden på sporene til de to signalene må holdes lik, og lik avstand betyr at avstanden mellom de to ledningene bør holdes konstant og parallell.

3. Minimal impedansendring: Når du designer et PCB med differensialsignaler, er en av de viktigste tingene å finne ut målimpedansen til applikasjonen, og deretter planlegge differensialparet deretter. I tillegg må du holde impedansendringen så liten som mulig. Impedansen til differensiallinjen avhenger av faktorer som sporbredde, sporkobling, kobbertykkelse og PCB-materiale og stable. Når du prøver å unngå noe som endrer impedansen til et differensialpar, bør du vurdere hver av dem.

Vanlige misforståelser i PCB-differensialsignaldesign

Misforståelse 1: Det antas at differensialsignalet ikke trenger et jordplan som returbane, eller at differensialtrasene gir en returvei for hverandre.

Årsaken til denne misforståelsen er at de er forvirret av overfladiske fenomener, eller at mekanismen for høyhastighets signaloverføring ikke er dyp nok. Differensialkretser er ufølsomme for lignende jordsprett og andre støysignaler som kan eksistere på strøm- og jordplanene. Den delvise returkanselleringen av jordplanet betyr ikke at differensialkretsen ikke bruker referanseplanet som signalreturvei. Faktisk, i signalreturanalysen, er mekanismen for differensialkabling og ordinær ensidig kabling den samme, det vil si at høyfrekvente signaler alltid Reflow langs sløyfen med den minste induktansen. Den største forskjellen er at i tillegg til koblingen til bakken, har differensiallinjen også gjensidig kobling. Hvilken type kobling er sterk, og hvilken blir hovedreturveien.

I PCB-kretsdesign er koblingen mellom differensialspor generelt liten, og utgjør ofte bare 10-20% av koblingsgraden, og mer er koblingen til bakken, så hovedreturveien til differensialsporet eksisterer fortsatt på bakken fly. Når det er en diskontinuitet i jordplanet, vil koblingen mellom differensialtrasene i området uten referanseplan gi hovedreturveien, selv om diskontinuiteten til referanseplanet ikke har noen innvirkning på differensialtrasene på den ordinære single-ended spor Det er alvorlig, men det vil likevel redusere kvaliteten på differensialsignalet og øke EMI, noe som bør unngås så mye som mulig.

I tillegg mener noen designere at referanseplanet under differensialsporet kan fjernes for å undertrykke deler av fellesmodussignalet i differensialoverføring. Denne tilnærmingen er imidlertid ikke ønskelig i teorien. Hvordan kontrollere impedansen? Å ikke gi en jordimpedansløkke for common-mode-signalet vil uunngåelig forårsake EMI-stråling. Denne tilnærmingen gjør mer skade enn nytte.

Misforståelse 2: Det antas at det er viktigere å holde lik avstand enn å matche linjelengden.

I faktisk PCB-layout er det ofte ikke mulig å oppfylle kravene til differensialdesign samtidig. På grunn av eksistensen av faktorer som pinnefordeling, vias og ledningsrom, må formålet med linjelengdetilpasning oppnås gjennom riktig vikling, men resultatet må være at noen områder av differensialparet ikke kan være parallelle. Den viktigste regelen i utformingen av PCB-differensialspor er matchende linjelengde. Andre regler kan håndteres fleksibelt i henhold til designkrav og faktiske anvendelser.

Misforståelse 3: Tenk at differensialledningen må være veldig tett.

Å holde differensialsporene tett er ikke annet enn å forbedre koblingen deres, noe som ikke bare kan forbedre immuniteten mot støy, men også utnytte den motsatte polariteten til magnetfeltet for å oppveie elektromagnetisk interferens til omverdenen. Selv om denne tilnærmingen er svært fordelaktig i de fleste tilfeller, er den ikke absolutt. Hvis vi kan sikre at de er fullstendig skjermet mot ekstern interferens, trenger vi ikke bruke sterk kobling for å oppnå anti-interferens. Og hensikten med å undertrykke EMI.

Hvordan kan vi sikre god isolasjon og skjerming av differensielle spor? Å øke avstanden med andre signalspor er en av de mest grunnleggende måtene. Den elektromagnetiske feltenergien avtar med kvadratet på avstanden. Generelt, når linjeavstanden overstiger 4 ganger linjebredden, er interferensen mellom dem ekstremt svak. Kan ignoreres.