In hitra PCB Zasnova, uporaba diferencialnega signala (DIFferential Signal) postaja vse bolj in bolj obsežna, najbolj kritični signal v vezju pa je pogosto zasnovan z diferencialno strukturo. Zakaj je tako? V primerjavi z navadnim usmerjanjem signalov z enim koncem imajo diferencialni signali prednosti močne sposobnosti proti motnjam, učinkovitega zatiranja EMI in natančnega časovnega pozicioniranja.

Zahteve za ožičenje PCB diferencialnega signala

Na vezju morata biti diferencialni sledi dve črti enake dolžine, enake širine, v neposredni bližini in na isti ravni.

1. Enaka dolžina: enaka dolžina pomeni, da mora biti dolžina obeh črt čim daljša, da se zagotovi, da imata dva diferencialna signala vedno nasprotno polarnost. Zmanjšajte komponente skupnega načina.

2. Enaka širina in enaka razdalja: enaka širina pomeni, da mora biti širina sledi obeh signalov enaka, enaka razdalja pa pomeni, da mora biti razdalja med žicama konstantna in vzporedna.

3. Minimalna sprememba impedance: Pri načrtovanju tiskanega vezja z diferencialnimi signali je ena najpomembnejših stvari ugotoviti ciljno impedanco aplikacije in nato ustrezno načrtovati diferencialni par. Poleg tega naj bo sprememba impedance čim manjša. Impedanca diferencialne linije je odvisna od dejavnikov, kot so širina sledi, povezava sledi, debelina bakra ter material PCB in zlaganje. Ko se poskušate izogniti vsemu, kar spremeni impedanco diferencialnega para, upoštevajte vsakega od njih.

Pogosti nesporazumi pri načrtovanju diferencialnih signalov PCB

Nesporazum 1: Menijo, da diferencialni signal ne potrebuje ozemljitvene ravnine kot povratne poti ali da diferencialne sledi zagotavljajo povratno pot drug drugemu.

Razlog za ta nesporazum je, da jih zmedejo površinski pojavi ali pa mehanizem hitrega prenosa signala ni dovolj globok. Diferencialna vezja so neobčutljiva na podobne odboje tal in druge hrupne signale, ki lahko obstajajo na napajalni in ozemljitveni ravnini. Delni preklic povratka ozemljitvene ravnine ne pomeni, da diferencialno vezje ne uporablja referenčne ravnine kot povratne poti signala. Pravzaprav je pri analizi povratnega signala mehanizem diferencialnega ožičenja in navadnega enosmernega ožičenja enak, to pomeni, da se visokofrekvenčni signali vedno pretakajo vzdolž zanke z najmanjšo induktivnostjo. Največja razlika je v tem, da ima diferencialni vod poleg sklopke na tla tudi medsebojno spenjanje. Katera sklopka je močna in katera postane glavna povratna pot.

Pri načrtovanju vezja PCB je povezava med diferencialnimi sledmi na splošno majhna, pogosto predstavlja le 10-20 % stopnje sklopitve, več pa je sklopka s tlemi, tako da glavna povratna pot diferencialne sledi še vedno obstaja na tleh. letalo . Ko pride do prekinitve v ozemljitveni ravnini, bo povezava med diferencialnimi sledmi v območju brez referenčne ravnine zagotovila glavno povratno pot, čeprav prekinitev referenčne ravnine ne vpliva na diferencialne sledi na navadnem enojničnem sledi Resno je, vendar bo še vedno zmanjšalo kakovost diferencialnega signala in povečalo EMI, čemur se je treba čim bolj izogibati.

Poleg tega nekateri oblikovalci verjamejo, da je referenčno ravnino pod diferencialno sledjo mogoče odstraniti, da se pri diferencialnem prenosu zatre del signala skupnega načina. Vendar ta pristop v teoriji ni zaželen. Kako nadzorovati impedanco? Če ne zagotovite zanke ozemljitvene impedance za signal skupnega načina, bo to neizogibno povzročilo sevanje EMI. Ta pristop naredi več škode kot koristi.

Nesporazum 2: Menijo, da je ohranjanje enakega razmika pomembnejše od ujemanja dolžine vrstice.

V dejanski postavitvi PCB pogosto ni mogoče hkrati izpolniti zahtev diferencialne zasnove. Zaradi obstoja dejavnikov, kot so porazdelitev zatičev, prehodi in prostor za ožičenje, je treba namen ujemanja dolžine linije doseči s pravilnim navijanjem, vendar mora biti rezultat, da nekatera področja diferencialnega para ne morejo biti vzporedna. Najpomembnejše pravilo pri načrtovanju diferencialnih sledi PCB je ustrezna dolžina linije. Druga pravila je mogoče fleksibilno obravnavati glede na zahteve načrtovanja in dejanske aplikacije.

Nesporazum 3: Pomislite, da mora biti diferencialna napeljava zelo blizu.

Ohranjanje diferencialnih sledi blizu ni nič drugega kot izboljšanje njihove povezave, kar lahko ne samo izboljša odpornost proti hrupu, temveč tudi v celoti izkoristi nasprotno polarnost magnetnega polja za izravnavo elektromagnetnih motenj v zunanjem svetu. Čeprav je ta pristop v večini primerov zelo koristen, ni absoluten. Če lahko zagotovimo, da so popolnoma zaščiteni pred zunanjimi motnjami, nam ni treba uporabiti močne povezave, da bi dosegli preprečevanje motenj. In namen zatiranja EMI.

Kako lahko zagotovimo dobro izolacijo in zaščito diferencialnih sledi? Povečanje razmika z drugimi signalnimi sledmi je eden najosnovnejših načinov. Energija elektromagnetnega polja se zmanjšuje s kvadratom razdalje. Na splošno, ko razmik med vrsticami presega 4-kratno širino vrstice, je interferenca med njima izjemno šibka. Lahko se zanemari.