In брза ПЦБ dizajna, primena diferencijalnog signala (DIFferencijalni signal) postaje sve obimnija, a najkritičniji signal u kolu je često projektovan sa diferencijalnom strukturom. Зашто је то тако? U poređenju sa običnim jednostranim rutiranjem signala, diferencijalni signali imaju prednosti jake sposobnosti protiv smetnji, efikasnog suzbijanja EMI i preciznog vremenskog pozicioniranja.

Zahtevi za ožičenje PCB-a diferencijalnog signala

Na štampanoj ploči, diferencijalni tragovi moraju biti dve linije jednake dužine, jednake širine, u neposrednoj blizini i na istom nivou.

1. Jednaka dužina: Jednaka dužina znači da dužina dve linije treba da bude što je moguće duža, kako bi se osiguralo da dva diferencijalna signala zadrže suprotne polaritete u svakom trenutku. Smanjite komponente zajedničkog režima.

2. Jednaka širina i jednako rastojanje: Jednaka širina znači da širina tragova dva signala treba da bude ista, a jednaka udaljenost znači da rastojanje između dve žice treba da bude konstantno i paralelno.

3. Minimalna promena impedanse: Prilikom projektovanja PCB-a sa diferencijalnim signalima, jedna od najvažnijih stvari je saznati ciljnu impedansu aplikacije, a zatim planirati diferencijalni par u skladu sa tim. Pored toga, držite promenu impedanse što je moguće manjom. Impedansa diferencijalne linije zavisi od faktora kao što su širina traga, sprega tragova, debljina bakra i PCB materijal i slaganje. Kada pokušate da izbegnete bilo šta što menja impedansu diferencijalnog para, razmotrite svaki od njih.

Uobičajeni nesporazumi u dizajnu diferencijalnog signala PCB-a

Nesporazum 1: Veruje se da diferencijalnom signalu nije potrebna uzemljena ravnina kao povratna putanja, ili da diferencijalni tragovi obezbeđuju povratnu putanju jedni za druge.

Razlog za ovaj nesporazum je to što su zbunjeni površnim pojavama, ili mehanizam prenosa signala velikom brzinom nije dovoljno dubok. Diferencijalna kola su neosetljiva na slične odskoke od zemlje i druge signale šuma koji mogu postojati na ravnima napajanja i uzemljenja. Delimično poništavanje povratne ravni uzemljenja ne znači da diferencijalno kolo ne koristi referentnu ravan kao povratnu putanju signala. U stvari, u analizi povratnog signala, mehanizam diferencijalnog ožičenja i običnog jednostranog ožičenja je isti, to jest, visokofrekventni signali su uvek Reflow duž petlje sa najmanjom induktivnošću. Najveća razlika je u tome što pored spojnice sa zemljom, diferencijalna linija ima i međusobnu spregu. Koja vrsta sprege je jaka, a koja postaje glavni povratni put.

U dizajnu PCB kola, sprega između diferencijalnih tragova je generalno mala, često čini samo 10-20% stepena spajanja, a više je spajanje sa zemljom, tako da glavni povratni put diferencijalnog traga i dalje postoji na zemlji avion . Kada postoji diskontinuitet u uzemljenoj ravni, sprega između diferencijalnih tragova u oblasti bez referentne ravni će obezbediti glavnu povratnu putanju, iako diskontinuitet referentne ravni nema uticaja na diferencijalne tragove na običnom jednostranom tragovi Ozbiljno je, ali će ipak smanjiti kvalitet diferencijalnog signala i povećati EMI, što treba izbegavati koliko god je to moguće.

Pored toga, neki dizajneri veruju da se referentna ravan ispod diferencijalnog traga može ukloniti da bi se potisnuo deo signala zajedničkog moda u diferencijalnom prenosu. Međutim, ovaj pristup nije poželjan u teoriji. Kako kontrolisati impedanciju? Neobezbeđivanje petlje impedanse uzemljenja za signal zajedničkog moda neizbežno će izazvati EMI zračenje. Ovaj pristup donosi više štete nego koristi.

Nesporazum 2: Veruje se da je održavanje jednakog razmaka važnije od podudaranja dužine linije.

U stvarnom rasporedu PCB-a, često nije moguće istovremeno ispuniti zahteve diferencijalnog dizajna. Zbog postojanja faktora kao što su distribucija pinova, graničnici i prostor za ožičenje, svrha usklađivanja dužine linije mora se postići pravilnim namotavanjem, ali rezultat mora biti da neke oblasti diferencijalnog para ne mogu biti paralelne. Najvažnije pravilo u projektovanju diferencijalnih tragova PCB-a je odgovarajuća dužina linije. Drugim pravilima se može fleksibilno rukovati u skladu sa zahtevima dizajna i stvarnim primenama.

Nesporazum 3: Mislite da diferencijalno ožičenje mora biti veoma blizu.

Održavanje diferencijalnih tragova blizu nije ništa drugo nego da se poboljša njihovo spajanje, što ne samo da može poboljšati otpornost na buku, već i u potpunosti iskoristiti suprotan polaritet magnetnog polja za neutralisanje elektromagnetnih smetnji u spoljašnjem svetu. Iako je ovaj pristup u većini slučajeva veoma koristan, nije apsolutan. Ako možemo da obezbedimo da su u potpunosti zaštićeni od spoljašnjih smetnji, onda ne moramo da koristimo jaku spregu da bismo postigli anti-interferenciju. I svrha suzbijanja EMI.

Kako možemo osigurati dobru izolaciju i zaštitu diferencijalnih tragova? Povećanje razmaka sa drugim tragovima signala je jedan od najosnovnijih načina. Energija elektromagnetnog polja opada sa kvadratom udaljenosti. Generalno, kada razmak između linija prelazi 4 puta širinu linije, interferencija između njih je izuzetno slaba. Može se zanemariti.