In высокоскоростная печатная плата В конструкции, применение дифференциального сигнала (DIFferential Signal) становится все более и более обширным, и наиболее критический сигнал в схеме часто имеет дифференциальную структуру. Почему это так? По сравнению с обычной несимметричной маршрутизацией сигналов, дифференциальные сигналы обладают такими преимуществами, как сильная помехоустойчивость, эффективное подавление электромагнитных помех и точное позиционирование по времени.

Требования к монтажу печатной платы дифференциального сигнала

На печатной плате дифференциальные трассы должны быть двумя линиями одинаковой длины, одинаковой ширины, в непосредственной близости и на одном уровне.

1. Равная длина: Равная длина означает, что длина двух линий должна быть как можно большей, чтобы два дифференциальных сигнала всегда сохраняли противоположные полярности. Уменьшите количество синфазных компонентов.

2. Равная ширина и равное расстояние. Равная ширина означает, что ширина дорожек двух сигналов должна быть одинаковой, а одинаковое расстояние означает, что расстояние между двумя проводами должно быть постоянным и параллельным.

3. Минимальное изменение импеданса. При разработке печатной платы с дифференциальными сигналами одной из наиболее важных вещей является определение целевого импеданса приложения, а затем соответствующее планирование дифференциальной пары. Кроме того, сохраняйте как можно меньшее изменение импеданса. Импеданс дифференциальной линии зависит от таких факторов, как ширина трассы, связь трасс, толщина меди, а также материал печатной платы и наложения. Когда вы пытаетесь избежать всего, что изменяет импеданс дифференциальной пары, учитывайте каждое из них.

Распространенные заблуждения при проектировании дифференциальных сигналов на печатных платах

Непонимание 1. Считается, что дифференциальный сигнал не требует заземления в качестве обратного пути или что дифференциальные трассы обеспечивают обратный путь друг для друга.

Причина такого недоразумения в том, что их сбивают с толку поверхностные явления, либо механизм высокоскоростной передачи сигнала недостаточно глубок. Дифференциальные схемы нечувствительны к подобным колебаниям земли и другим шумовым сигналам, которые могут существовать на плоскостях питания и заземления. Подавление частичного возврата заземляющей пластины не означает, что дифференциальная схема не использует опорную плоскость в качестве пути возврата сигнала. Фактически, при анализе обратного сигнала механизм дифференциальной проводки и обычной несимметричной проводки один и тот же, то есть высокочастотные сигналы всегда оплавляются вдоль контура с наименьшей индуктивностью. Самая большая разница в том, что помимо связи с землей, дифференциальная линия имеет еще и взаимную связь. Какая связь является сильной, и какая из них становится основным обратным путем.

В схемах печатных плат связь между дифференциальными дорожками, как правило, мала, часто составляет только 10-20% степени связи, и больше – связь с землей, поэтому основной обратный путь дифференциальной дорожки все еще существует на земле. самолет . При наличии неоднородности в плоскости заземления связь между дифференциальными дорожками в области без плоскости отсчета будет обеспечивать основной обратный путь, хотя неоднородность плоскости отсчета не влияет на дифференциальные дорожки на обычных несимметричных проводниках. следы Это серьезно, но все равно снизит качество дифференциального сигнала и увеличит электромагнитные помехи, чего следует избегать в максимально возможной степени.

Кроме того, некоторые разработчики считают, что плоскость отсчета под дифференциальной трассой может быть удалена для подавления части синфазного сигнала при дифференциальной передаче. Однако теоретически такой подход нежелателен. Как контролировать импеданс? Отсутствие контура сопротивления заземления для синфазного сигнала неизбежно вызовет электромагнитное излучение. Такой подход приносит больше вреда, чем пользы.

Заблуждение 2: считается, что сохранение равного интервала важнее, чем соответствие длины строки.

В реальной компоновке печатной платы зачастую невозможно одновременно удовлетворить требования дифференциальной конструкции. Из-за наличия таких факторов, как расположение выводов, переходные отверстия и пространство для проводки, цель согласования длины линии должна быть достигнута за счет правильной намотки, но в результате должно быть то, что некоторые области дифференциальной пары не могут быть параллельны. Наиболее важным правилом при проектировании дифференциальных дорожек на печатной плате является длина линии согласования. Другие правила можно гибко обрабатывать в соответствии с требованиями дизайна и фактическими приложениями.

Недоразумение 3: подумайте, что дифференциальная проводка должна быть очень близко.

Сохранение близких дифференциальных трасс – это не что иное, как усиление их связи, что может не только повысить устойчивость к шуму, но и полностью использовать противоположную полярность магнитного поля для компенсации электромагнитных помех внешнему миру. Хотя этот подход в большинстве случаев очень полезен, он не абсолютен. Если мы можем гарантировать, что они полностью экранированы от внешних помех, тогда нам не нужно использовать сильную связь для обеспечения защиты от помех. И цель подавления EMI.

Как обеспечить хорошую изоляцию и экранирование дифференциальных следов? Увеличение интервала с другими сигнальными дорожками – один из самых простых способов. Энергия электромагнитного поля уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Обычно, когда межстрочный интервал в 4 раза превышает ширину линии, интерференция между ними очень слабая. Можно игнорировать.