In höghastighets-kretskort konstruktion, appliceringen av differentialsignal (DIFferential Signal) blir mer och mer omfattande, och den mest kritiska signalen i kretsen är ofta utformad med en differentialstruktur. Varför är det så? Jämfört med vanlig ensidig signaldirigering har differentialsignaler fördelarna med stark anti-interferensförmåga, effektivt undertryckande av EMI och exakt timingpositionering.

Krav på kabeldragning för differentialsignaler

På kretskortet måste differentialspåren vara två linjer av lika längd, lika bredd, närhet och på samma nivå.

1. Lika längd: Lika längd betyder att längden på de två linjerna ska vara så lång som möjligt, för att säkerställa att de två differentialsignalerna håller motsatta polariteter hela tiden. Minska komponenter i common mode.

2. Lika bredd och lika avstånd: Lika bredd betyder att bredden på spåren för de två signalerna måste hållas lika, och lika avstånd betyder att avståndet mellan de två ledningarna ska hållas konstant och parallellt.

3. Minimal impedansförändring: När man designar ett kretskort med differentialsignaler är en av de viktigaste sakerna att ta reda på målimpedansen för applikationen och sedan planera differentialparet därefter. Håll dessutom impedansförändringen så liten som möjligt. Differentiallinjens impedans beror på faktorer som spårbredd, spårkoppling, koppartjocklek och PCB-material och stackup. När du försöker undvika något som ändrar impedansen för ett differentialpar, överväg var och en av dem.

Vanliga missförstånd i PCB differentialsignaldesign

Missförstånd 1: Man tror att differentialsignalen inte behöver ett jordplan som returväg, eller att differentialspåren tillhandahåller en returväg för varandra.

Anledningen till detta missförstånd är att de är förvirrade av ytliga fenomen, eller att mekanismen för höghastighetssignalöverföring inte är tillräckligt djup. Differentialkretsar är okänsliga för liknande jordstudsar och andra brussignaler som kan finnas på kraft- och jordplanen. Den partiella återgångsupphävandet av jordplanet betyder inte att differentialkretsen inte använder referensplanet som signalreturväg. Faktum är att i signalreturanalysen är mekanismen för differentialledningar och vanliga enkeländade ledningar densamma, det vill säga högfrekventa signaler återflödes alltid längs slingan med den minsta induktansen. Den största skillnaden är att förutom kopplingen till marken har differentiallinjen även ömsesidig koppling. Vilken typ av koppling är stark, och vilken blir den huvudsakliga returvägen.

I PCB-kretsdesign är kopplingen mellan differentiella spår i allmänhet liten, ofta bara för 10-20% av kopplingsgraden, och mer är kopplingen till marken, så den huvudsakliga returvägen för differentialspåret finns fortfarande på marken plan . När det finns en diskontinuitet i jordplanet kommer kopplingen mellan differentialspåren i området utan referensplan att ge huvudreturvägen, även om referensplanets diskontinuitet inte har någon inverkan på differentialspåren på den vanliga enkeländen spår Det är allvarligt, men det kommer fortfarande att minska kvaliteten på differentialsignalen och öka EMI, vilket bör undvikas så mycket som möjligt.

Dessutom tror vissa konstruktörer att referensplanet under differentialspåret kan tas bort för att undertrycka en del av common mode-signalen vid differentiell överföring. Detta tillvägagångssätt är dock inte önskvärt i teorin. Hur styr man impedansen? Att inte tillhandahålla en jordimpedansslinga för common-mode-signalen kommer oundvikligen att orsaka EMI-strålning. Detta tillvägagångssätt gör mer skada än nytta.

Missförstånd 2: Man tror att det är viktigare att hålla lika avstånd än att matcha linjelängden.

I den faktiska PCB-layouten är det ofta inte möjligt att samtidigt uppfylla kraven för differentialdesign. På grund av förekomsten av faktorer som stiftfördelning, vias och ledningsutrymme måste syftet med linjelängdsmatchning uppnås genom korrekt lindning, men resultatet måste bli att vissa områden i differentialparet inte kan vara parallella. Den viktigaste regeln i designen av PCB differentialspår är matchande linjelängd. Andra regler kan hanteras flexibelt enligt designkrav och faktiska tillämpningar.

Missförstånd 3: Tänk att differentialledningarna måste vara väldigt nära.

Att hålla differentialspåren nära är inget annat än att förbättra deras koppling, vilket inte bara kan förbättra immuniteten mot brus, utan också dra full nytta av magnetfältets motsatta polaritet för att kompensera elektromagnetiska störningar till omvärlden. Även om detta tillvägagångssätt är mycket fördelaktigt i de flesta fall, är det inte absolut. Om vi ​​kan säkerställa att de är helt avskärmade från externa störningar, så behöver vi inte använda stark koppling för att uppnå anti-interferens. Och syftet med att undertrycka EMI.

Hur kan vi säkerställa god isolering och avskärmning av differentiella spår? Att öka avståndet med andra signalspår är ett av de mest grundläggande sätten. Den elektromagnetiska fältenergin minskar med kvadraten på avståndet. I allmänhet, när linjeavståndet överstiger 4 gånger linjebredden, är interferensen mellan dem extremt svag. Kan ignoreras.