In PCB de alta velocidade design, a aplicação do sinal diferencial (Sinal DIFferencial) está se tornando cada vez mais extensa, e o sinal mais crítico no circuito é freqüentemente projetado com uma estrutura diferencial. Por que é tão? Em comparação com o roteamento de sinal de terminação única comum, os sinais diferenciais têm as vantagens de uma forte capacidade anti-interferência, supressão eficaz de EMI e posicionamento de tempo preciso.

Requisitos de fiação de PCB de sinal diferencial

Na placa de circuito, os traços diferenciais devem ser duas linhas de comprimento igual, largura igual, proximidade e no mesmo nível.

1. Comprimento igual: Comprimento igual significa que o comprimento das duas linhas deve ser o mais longo possível, a fim de garantir que os dois sinais diferenciais mantenham polaridades opostas o tempo todo. Reduza os componentes do modo comum.

2. Largura igual e distância igual: Largura igual significa que a largura dos traços dos dois sinais deve ser mantida a mesma, e distância igual significa que a distância entre os dois fios deve ser mantida constante e paralela.

3. Mudança mínima de impedância: Ao projetar um PCB com sinais diferenciais, uma das coisas mais importantes é descobrir a impedância alvo da aplicação e, em seguida, planejar o par diferencial de acordo. Além disso, mantenha a alteração da impedância tão pequena quanto possível. A impedância da linha diferencial depende de fatores como largura do traço, acoplamento do traço, espessura do cobre e material e empilhamento do PCB. Ao tentar evitar qualquer coisa que mude a impedância de um par diferencial, considere cada um deles.

Mal-entendidos comuns no design de sinal diferencial de PCB

Incompreensão 1: Acredita-se que o sinal diferencial não precisa de um plano de terra como caminho de retorno, ou que os traços diferenciais fornecem um caminho de retorno para o outro.

A razão para esse mal-entendido é que eles são confundidos por fenômenos superficiais, ou o mecanismo de transmissão de sinal em alta velocidade não é profundo o suficiente. Os circuitos diferenciais são insensíveis a saltos de terra semelhantes e outros sinais de ruído que possam existir nos planos de energia e terra. O cancelamento do retorno parcial do plano de terra não significa que o circuito diferencial não use o plano de referência como caminho de retorno do sinal. Na verdade, na análise de retorno de sinal, o mecanismo da fiação diferencial e da fiação comum de terminação única é o mesmo, ou seja, os sinais de alta frequência são sempre refluídos ao longo do loop com a menor indutância. A maior diferença é que além do acoplamento ao solo, a linha diferencial também possui acoplamento mútuo. Qual tipo de acoplamento é forte e qual se torna o principal caminho de retorno.

No projeto de circuito de PCB, o acoplamento entre os traços diferenciais é geralmente pequeno, muitas vezes respondendo por apenas 10-20% do grau de acoplamento, e mais é o acoplamento ao solo, então o principal caminho de retorno do traço diferencial ainda existe no solo plano . Quando há uma descontinuidade no plano de aterramento, o acoplamento entre os traços diferenciais na área sem um plano de referência fornecerá o caminho de retorno principal, embora a descontinuidade do plano de referência não tenha impacto sobre os traços diferenciais na terminação simples comum traços É sério, mas ainda assim reduzirá a qualidade do sinal diferencial e aumentará a IEM, o que deve ser evitado ao máximo.

Além disso, alguns projetistas acreditam que o plano de referência sob o traço diferencial pode ser removido para suprimir parte do sinal de modo comum na transmissão diferencial. No entanto, esta abordagem não é desejável em teoria. Como controlar a impedância? Não fornecer um loop de impedância de aterramento para o sinal de modo comum inevitavelmente causará radiação EMI. Essa abordagem faz mais mal do que bem.

Incompreensão 2: Acredita-se que manter o espaçamento igual é mais importante do que igualar o comprimento da linha.

No layout de PCB real, muitas vezes não é possível atender aos requisitos de design diferencial ao mesmo tempo. Devido à existência de fatores como distribuição de pinos, vias e espaço de fiação, a finalidade da correspondência do comprimento da linha deve ser alcançada por meio do enrolamento adequado, mas o resultado deve ser que algumas áreas do par diferencial não podem ser paralelas. A regra mais importante no projeto de traços diferenciais de PCB é o comprimento de linha correspondente. Outras regras podem ser tratadas com flexibilidade de acordo com os requisitos de design e aplicações reais.

Incompreensão 3: Pense que a fiação do diferencial deve estar muito próxima.

Manter os traços diferenciais próximos nada mais é do que melhorar seu acoplamento, que pode não apenas melhorar a imunidade ao ruído, mas também fazer uso total da polaridade oposta do campo magnético para compensar a interferência eletromagnética para o mundo exterior. Embora essa abordagem seja muito benéfica na maioria dos casos, não é absoluta. Se pudermos garantir que eles estejam totalmente protegidos contra interferência externa, não precisaremos usar um forte acoplamento para obter a anti-interferência. E o objetivo de suprimir EMI.

Como podemos garantir um bom isolamento e blindagem de traços diferenciais? Aumentar o espaçamento com outros traços de sinal é uma das maneiras mais básicas. A energia do campo eletromagnético diminui com o quadrado da distância. Geralmente, quando o espaçamento da linha excede 4 vezes a largura da linha, a interferência entre eles é extremamente fraca. Pode ser ignorado.