In vysokorýchlostná PCB dizajn, použitie diferenciálneho signálu (DIFferential Signal) je čoraz rozsiahlejšie a najkritickejší signál v obvode je často navrhnutý s diferenciálnou štruktúrou. prečo je to tak? V porovnaní s bežným smerovaním signálu s jedným zakončením majú diferenciálne signály výhody silnej schopnosti proti rušeniu, účinného potlačenia EMI a presného časovania polohy.

Požiadavky na zapojenie PCB diferenciálneho signálu

Na doske plošných spojov musia byť diferenciálne stopy dve čiary rovnakej dĺžky, rovnakej šírky, tesnej blízkosti a na rovnakej úrovni.

1. Rovnaká dĺžka: Rovnaká dĺžka znamená, že dĺžka dvoch vedení by mala byť čo najdlhšia, aby sa zabezpečilo, že dva diferenciálne signály si vždy zachovajú opačnú polaritu. Znížte počet komponentov bežného režimu.

2. Rovnaká šírka a rovnaká vzdialenosť: Rovnaká šírka znamená, že šírka stôp dvoch signálov musí byť zachovaná rovnaká a rovnaká vzdialenosť znamená, že vzdialenosť medzi dvoma vodičmi by mala byť konštantná a rovnobežná.

3. Minimálna zmena impedancie: Pri návrhu dosky plošných spojov s diferenciálnymi signálmi je jednou z najdôležitejších vecí zistiť cieľovú impedanciu aplikácie a podľa toho potom naplánovať diferenciálny pár. Okrem toho udržujte zmenu impedancie čo najmenšiu. Impedancia diferenciálneho vedenia závisí od faktorov, ako je šírka stopy, väzba stopy, hrúbka medi a materiál PCB a usporiadanie. Keď sa pokúsite vyhnúť všetkému, čo mení impedanciu diferenciálneho páru, zvážte každý z nich.

Bežné nedorozumenia v návrhu diferenciálneho signálu PCB

Nedorozumenie 1: Predpokladá sa, že diferenciálny signál nepotrebuje základnú rovinu ako spätnú cestu, alebo že diferenciálne stopy si navzájom poskytujú spätnú cestu.

Dôvodom tohto nedorozumenia je, že sú zmätení povrchovými javmi, alebo mechanizmus vysokorýchlostného prenosu signálu nie je dostatočne hlboký. Diferenciálne obvody sú necitlivé na podobné zemné odrazy a iné šumové signály, ktoré môžu existovať na napájacej a uzemňovacej rovine. Čiastočné spätné zrušenie základnej roviny neznamená, že diferenciálny obvod nepoužíva referenčnú rovinu ako spätnú dráhu signálu. V skutočnosti je pri analýze spätného signálu mechanizmus diferenciálneho zapojenia a bežného zapojenia s jedným koncom rovnaký, to znamená, že vysokofrekvenčné signály sú vždy Reflow pozdĺž slučky s najmenšou indukčnosťou. Najväčší rozdiel je v tom, že okrem spojenia so zemou má vedenie diferenciálu aj vzájomnú väzbu. Ktorý druh spojenia je silný a ktorý sa stáva hlavnou spätnou cestou.

Pri návrhu obvodov PCB je väzba medzi diferenciálnymi stopami vo všeobecnosti malá, často predstavuje iba 10-20% stupňa väzby a väčšia je väzba na zem, takže hlavná spätná dráha diferenciálnej stopy stále existuje na zemi. lietadlo . Keď je v základnej rovine diskontinuita, spojenie medzi diferenciálnymi stopami v oblasti bez referenčnej roviny poskytne hlavnú spätnú cestu, hoci nespojitosť referenčnej roviny nemá žiadny vplyv na diferenciálne stopy na obyčajnom jednokoncovom stopy Je to vážne, ale aj tak to zníži kvalitu diferenčného signálu a zvýši EMI, čomu sa treba čo najviac vyhýbať.

Okrem toho sa niektorí konštruktéri domnievajú, že referenčnú rovinu pod diferenciálnou stopou možno odstrániť, aby sa potlačila časť signálu spoločného režimu v diferenciálnom prenose. Tento prístup však teoreticky nie je žiaduci. Ako ovládať impedanciu? Neposkytnutie uzemňovacej impedančnej slučky pre signál spoločného režimu nevyhnutne spôsobí vyžarovanie EMI. Tento prístup prináša viac škody ako úžitku.

Nedorozumenie 2: Verí sa, že dodržanie rovnakých medzier je dôležitejšie ako zhoda dĺžky riadku.

V skutočnom usporiadaní DPS často nie je možné súčasne splniť požiadavky diferenciálneho dizajnu. Vzhľadom na existenciu faktorov, ako je rozloženie kolíkov, priechody a priestor vodičov, musí byť účel prispôsobenia dĺžky vedenia dosiahnutý správnym vinutím, ale výsledkom musí byť, že niektoré oblasti diferenciálneho páru nemôžu byť paralelné. Najdôležitejším pravidlom pri návrhu diferenciálnych stôp DPS je dĺžka zodpovedajúcej linky. Ostatné pravidlá je možné flexibilne riešiť podľa konštrukčných požiadaviek a aktuálnych aplikácií.

Nedorozumenie 3: Myslite na to, že vedenie diferenciálu musí byť veľmi blízko.

Udržiavanie diferenciálnych stôp v tesnej blízkosti nie je nič iné, ako zlepšiť ich spojenie, čo môže nielen zlepšiť odolnosť voči hluku, ale tiež plne využiť opačnú polaritu magnetického poľa na kompenzáciu elektromagnetického rušenia vonkajšieho sveta. Hoci je tento prístup vo väčšine prípadov veľmi výhodný, nie je absolútny. Ak dokážeme zabezpečiť, že sú plne tienené pred vonkajším rušením, potom na dosiahnutie rušenia nemusíme použiť silnú väzbu. A účel potlačenia EMI.

Ako môžeme zabezpečiť dobrú izoláciu a tienenie diferenciálnych stôp? Zväčšenie rozostupu s inými stopami signálu je jedným z najzákladnejších spôsobov. Energia elektromagnetického poľa klesá so štvorcom vzdialenosti. Vo všeobecnosti, keď riadkovanie presiahne 4-násobok šírky riadku, interferencia medzi nimi je extrémne slabá. Dá sa ignorovať.