In szybka płytka drukowana projekt, zastosowanie sygnału różnicowego (sygnał różnicowy) staje się coraz bardziej rozległe, a najbardziej krytyczny sygnał w obwodzie jest często projektowany ze strukturą różnicową. Dlaczego tak jest? W porównaniu ze zwykłym routingiem sygnału typu single-ended, sygnały różnicowe mają zalety silnej zdolności przeciwzakłóceniowej, skutecznego tłumienia EMI i precyzyjnego pozycjonowania taktowania.

Wymagania dotyczące okablowania PCB sygnału różnicowego

Na płytce drukowanej ścieżki różnicowe muszą być dwiema liniami o jednakowej długości, jednakowej szerokości, bliskim sąsiedztwie i na tym samym poziomie.

1. Równa długość: Równa długość oznacza, że ​​długość dwóch linii powinna być jak najdłuższa, aby zapewnić, że dwa sygnały różnicowe będą miały zawsze przeciwne bieguny. Zmniejszenie składników trybu wspólnego.

2. Równa szerokość i równa odległość: Równa szerokość oznacza, że ​​szerokość śladów dwóch sygnałów musi być taka sama, a równa odległość oznacza, że ​​odległość między dwoma przewodami powinna być stała i równoległa.

3. Minimalna zmiana impedancji: Podczas projektowania PCB z sygnałami różnicowymi, jedną z najważniejszych rzeczy jest ustalenie docelowej impedancji aplikacji, a następnie odpowiednie zaplanowanie pary różnicowej. Ponadto utrzymuj jak najmniejszą zmianę impedancji. Impedancja linii różnicowej zależy od takich czynników, jak szerokość ścieżki, sprzężenie ścieżek, grubość miedzi oraz materiał PCB i stos. Kiedy próbujesz uniknąć wszystkiego, co zmienia impedancję pary różnicowej, rozważ każdy z nich.

Powszechne nieporozumienia w projektowaniu sygnałów różnicowych na płytce drukowanej

Nieporozumienie 1: Uważa się, że sygnał różnicowy nie potrzebuje płaszczyzny uziemienia jako ścieżki powrotnej lub że ścieżki różnicowe zapewniają dla siebie ścieżkę powrotną.

Powodem tego nieporozumienia jest to, że są zdezorientowani powierzchownymi zjawiskami lub mechanizm szybkiej transmisji sygnału nie jest wystarczająco głęboki. Obwody różnicowe są niewrażliwe na podobne odbicia od masy i inne sygnały szumowe, które mogą występować na płaszczyznach zasilania i uziemienia. Częściowe anulowanie powrotu płaszczyzny uziemienia nie oznacza, że ​​obwód różnicowy nie wykorzystuje płaszczyzny odniesienia jako ścieżki powrotu sygnału. W rzeczywistości w analizie powrotu sygnału mechanizm okablowania różnicowego i zwykłego okablowania jednokierunkowego jest taki sam, to znaczy sygnały o wysokiej częstotliwości są zawsze Reflow wzdłuż pętli o najmniejszej indukcyjności. Największą różnicą jest to, że oprócz sprzężenia z masą, linia różnicowa ma również sprzężenie wzajemne. Jaki rodzaj sprzężenia jest silny, a który staje się główną ścieżką powrotną.

W projektowaniu obwodów PCB sprzężenie między ścieżkami różnicowymi jest na ogół niewielkie, często stanowi tylko 10-20% stopnia sprzężenia, a więcej to sprzężenie z masą, więc główna ścieżka powrotna ścieżki różnicowej nadal istnieje na ziemi samolot . Gdy występuje nieciągłość w płaszczyźnie uziemienia, sprzężenie śladów różnicowych w obszarze bez płaszczyzny odniesienia zapewni główną ścieżkę powrotną, chociaż nieciągłość płaszczyzny odniesienia nie ma wpływu na ślady różnicowe na zwykłym pojedynczym końcu ślady To poważna sprawa, ale nadal obniży jakość sygnału różnicowego i zwiększy EMI, czego należy jak najbardziej unikać.

Ponadto niektórzy projektanci uważają, że płaszczyznę odniesienia pod śladem różnicowym można usunąć, aby wytłumić część sygnału trybu wspólnego w transmisji różnicowej. Jednak takie podejście nie jest pożądane w teorii. Jak kontrolować impedancję? Brak pętli impedancji uziemienia dla sygnału w trybie wspólnym nieuchronnie spowoduje promieniowanie EMI. Takie podejście wyrządza więcej szkody niż pożytku.

Nieporozumienie 2: Uważa się, że zachowanie równych odstępów jest ważniejsze niż dopasowanie długości linii.

W rzeczywistym układzie PCB często nie jest możliwe jednoczesne spełnienie wymagań projektowania różnicowego. Ze względu na istnienie czynników, takich jak rozmieszczenie pinów, przelotki i przestrzeń na okablowanie, cel dopasowania długości linii musi zostać osiągnięty poprzez prawidłowe uzwojenie, ale w rezultacie niektóre obszary pary różnicowej nie mogą być równoległe. Najważniejszą zasadą przy projektowaniu ścieżek różnicowych PCB jest dopasowanie długości linii. Inne zasady można elastycznie obsługiwać zgodnie z wymaganiami projektowymi i rzeczywistymi zastosowaniami.

Nieporozumienie 3: Pomyśl, że okablowanie różnicowe musi być bardzo blisko.

Utrzymywanie bliskości śladów różnicowych to nic innego jak wzmocnienie ich sprzężenia, co może nie tylko poprawić odporność na zakłócenia, ale także w pełni wykorzystać przeciwną biegunowość pola magnetycznego do zrównoważenia zakłóceń elektromagnetycznych na świat zewnętrzny. Chociaż w większości przypadków to podejście jest bardzo korzystne, nie jest absolutne. Jeśli możemy zapewnić, że są one w pełni ekranowane przed zakłóceniami zewnętrznymi, to nie musimy używać silnego sprzężenia, aby uzyskać ochronę przed zakłóceniami. I cel tłumienia EMI.

Jak zapewnić dobrą izolację i ekranowanie śladów różnicowych? Zwiększanie odstępów innymi śladami sygnału to jeden z najbardziej podstawowych sposobów. Energia pola elektromagnetycznego maleje wraz z kwadratem odległości. Ogólnie rzecz biorąc, gdy odstęp między wierszami przekracza 4 razy szerokość linii, interferencja między nimi jest bardzo słaba. Można zignorować.