In PCB de mare viteză design, aplicarea semnalului diferențial (semnal diferențial) devine din ce în ce mai extinsă, iar semnalul cel mai critic din circuit este adesea proiectat cu o structură diferențială. De ce este așa? În comparație cu rutarea obișnuită a semnalului cu un singur capăt, semnalele diferențiale au avantajele capacității puternice anti-interferențe, suprimarea eficientă a EMI și poziționarea precisă a timpului.

Cerințe de cablare PCB a semnalului diferențial

Pe placa de circuite, urmele diferențiale trebuie să fie două linii de lungime egală, lățime egală, aproape și la același nivel.

1. Lungime egală: lungime egală înseamnă că lungimea celor două linii ar trebui să fie cât mai mare posibil, pentru a se asigura că cele două semnale diferențiale păstrează polarități opuse în orice moment. Reduceți componentele modului comun.

2. Lățime egală și distanță egală: Lățimea egală înseamnă că lățimea urmelor celor două semnale trebuie păstrată la fel, iar distanța egală înseamnă că distanța dintre cele două fire trebuie menținută constantă și paralelă.

3. Schimbarea minimă a impedanței: atunci când proiectați un PCB cu semnale diferențiale, unul dintre cele mai importante lucruri este să aflați impedanța țintă a aplicației și apoi să planificați perechea diferențială în consecință. În plus, păstrați modificarea de impedanță cât mai mică posibil. Impedanța liniei diferențiale depinde de factori precum lățimea urmelor, cuplarea urmelor, grosimea cuprului și materialul PCB și stivuirea. Când încercați să evitați ceva care modifică impedanța unei perechi diferențiale, luați în considerare fiecare dintre ele.

Neînțelegeri comune în proiectarea semnalului diferențial PCB

Neînțelegere 1: Se crede că semnalul diferențial nu are nevoie de un plan de masă ca cale de întoarcere sau că urmele diferențiale oferă o cale de întoarcere unul pentru celălalt.

Motivul acestei neînțelegeri este că sunt confundați de fenomene superficiale sau mecanismul de transmitere a semnalului de mare viteză nu este suficient de profund. Circuitele diferențiale sunt insensibile la sărituri similare de masă și alte semnale de zgomot care pot exista pe planurile de putere și de masă. Anularea parțială a revenirii planului de masă nu înseamnă că circuitul diferențial nu utilizează planul de referință ca cale de întoarcere a semnalului. De fapt, în analiza returnării semnalului, mecanismul cablajului diferențial și al cablajului obișnuit cu un singur capăt este același, adică semnalele de înaltă frecvență sunt întotdeauna Reflow de-a lungul buclei cu cea mai mică inductanță. Cea mai mare diferență este că, pe lângă cuplarea la sol, linia diferențială are și cuplare reciprocă. Ce fel de cuplare este puternică și care devine calea principală de întoarcere.

În proiectarea circuitelor PCB, cuplarea dintre urmele diferențiale este în general mică, adesea reprezentând doar 10-20% din gradul de cuplare, și mai mult este cuplarea la sol, astfel încât calea principală de întoarcere a urmei diferențiale există încă pe sol. avion . Atunci când există o discontinuitate în planul de masă, cuplarea dintre urmele diferențiale din zona fără plan de referință va oferi calea principală de întoarcere, deși discontinuitatea planului de referință nu are impact asupra urmelor diferențiale de pe un singur capăt obișnuit. urme Este grav, dar totusi va reduce calitatea semnalului diferential si va creste EMI, care ar trebui evitat pe cat posibil.

În plus, unii designeri cred că planul de referință de sub traseul diferențial poate fi îndepărtat pentru a suprima o parte a semnalului de mod comun în transmisia diferențială. Cu toate acestea, această abordare nu este de dorit în teorie. Cum se controlează impedanța? Nefurnizarea unei bucle de impedanță de masă pentru semnalul de mod comun va provoca inevitabil radiații EMI. Această abordare face mai mult rău decât bine.

Neînțelegere 2: Se crede că păstrarea spațiilor egale este mai importantă decât potrivirea lungimii liniei.

În configurația PCB reală, adesea nu este posibil să se îndeplinească cerințele de proiectare diferențială în același timp. Datorită existenței unor factori cum ar fi distribuția pinii, vias-ul și spațiul de cablare, scopul potrivirii lungimii liniei trebuie atins printr-o înfășurare adecvată, dar rezultatul trebuie să fie că unele zone ale perechii diferențiale nu pot fi paralele. Cea mai importantă regulă în proiectarea urmelor diferențiale PCB este lungimea liniei de potrivire. Alte reguli pot fi gestionate în mod flexibil în funcție de cerințele de proiectare și de aplicațiile reale.

Neînțelegere 3: Gândiți-vă că cablajul diferențial trebuie să fie foarte aproape.

Menținerea apropiată a urmelor diferențiale nu este altceva decât să îmbunătățească cuplarea lor, ceea ce poate nu numai să îmbunătățească imunitatea la zgomot, ci și să folosească pe deplin polaritatea opusă a câmpului magnetic pentru a compensa interferența electromagnetică cu lumea exterioară. Deși această abordare este foarte benefică în majoritatea cazurilor, nu este absolută. Dacă ne putem asigura că sunt complet protejate de interferențe externe, atunci nu trebuie să folosim cuplaje puternice pentru a obține anti-interferență. Și scopul de a suprima EMI.

Cum putem asigura o bună izolare și ecranare a urmelor diferențiale? Creșterea distanței cu alte urme de semnal este una dintre cele mai de bază modalități. Energia câmpului electromagnetic scade odată cu pătratul distanței. În general, atunci când distanța dintre linii depășește de 4 ori lățimea liniei, interferența dintre ele este extrem de slabă. Poate fi ignorat.