In PCB ความเร็วสูง การออกแบบ การประยุกต์ใช้สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล (DIFferential Signal) มีมากขึ้นเรื่อยๆ และสัญญาณที่สำคัญที่สุดในวงจรมักได้รับการออกแบบด้วยโครงสร้างส่วนต่าง ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เมื่อเทียบกับการกำหนดเส้นทางสัญญาณแบบปลายเดียวทั่วไป สัญญาณส่วนต่างมีข้อดีของความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง การปราบปราม EMI อย่างมีประสิทธิภาพ และการกำหนดตำแหน่งเวลาที่แม่นยำ

ข้อกำหนดการเดินสายสัญญาณ PCB ที่แตกต่างกัน

บนแผงวงจร ร่องรอยความแตกต่างจะต้องมีความยาวเท่ากันสองเส้น ความกว้างเท่ากัน ความใกล้เคียงกัน และในระดับเดียวกัน

1. ความยาวเท่ากัน: ความยาวเท่ากันหมายความว่าความยาวของสองเส้นควรยาวที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณที่แตกต่างกันทั้งสองรักษาขั้วตรงข้ามตลอดเวลา ลดส่วนประกอบโหมดทั่วไป

2. ความกว้างเท่ากันและระยะทางเท่ากัน: ความกว้างเท่ากันหมายความว่าความกว้างของร่องรอยของสัญญาณทั้งสองต้องเท่ากัน และระยะห่างที่เท่ากันหมายความว่าระยะห่างระหว่างสายไฟทั้งสองควรคงที่และขนานกัน

3. การเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ขั้นต่ำ: เมื่อออกแบบ PCB ด้วยสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล สิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือการค้นหาอิมพีแดนซ์เป้าหมายของแอปพลิเคชัน จากนั้นจึงวางแผนคู่ดิฟเฟอเรนเชียลตามลำดับ นอกจากนี้ ให้เปลี่ยนอิมพีแดนซ์ให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ อิมพีแดนซ์ของสายดิฟเฟอเรนเชียลขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความกว้างของรอย รอยคัปปลิ้ง ความหนาของทองแดง และวัสดุ PCB และการวางซ้อน เมื่อคุณพยายามหลีกเลี่ยงสิ่งใดๆ ที่เปลี่ยนอิมพีแดนซ์ของคู่ดิฟเฟอเรนเชียล ให้พิจารณาแต่ละรายการ

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยในการออกแบบสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลของ PCB

ความเข้าใจผิด 1: เชื่อกันว่าสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลไม่ต้องการระนาบกราวด์เป็นเส้นทางกลับ หรือการดิฟเฟอเรนเชียลให้เส้นทางกลับกัน

สาเหตุของความเข้าใจผิดนี้เป็นเพราะปรากฏการณ์ผิวเผินสับสนหรือกลไกการส่งสัญญาณความเร็วสูงไม่ลึกพอ วงจรดิฟเฟอเรนเชียลจะไม่ตอบสนองต่อการกระดอนของกราวด์ที่คล้ายกันและสัญญาณรบกวนอื่นๆ ที่อาจมีอยู่บนกำลังไฟฟ้าและระนาบกราวด์ การยกเลิกการย้อนกลับบางส่วนของระนาบพื้นไม่ได้หมายความว่าวงจรส่วนต่างไม่ได้ใช้ระนาบอ้างอิงเป็นเส้นทางกลับของสัญญาณ อันที่จริง ในการวิเคราะห์การส่งคืนสัญญาณ กลไกของการเดินสายส่วนต่างและการเดินสายแบบปลายเดียวแบบธรรมดานั้นเหมือนกัน นั่นคือ สัญญาณความถี่สูงจะไหลย้อนไปตามลูปที่มีการเหนี่ยวนำที่เล็กที่สุดเสมอ ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือนอกเหนือจากการมีเพศสัมพันธ์กับพื้น เส้นส่วนต่างยังมีการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกัน ข้อต่อชนิดใดที่แข็งแรงและอันใดที่จะกลายเป็นเส้นทางกลับหลัก

ในการออกแบบวงจร PCB การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างร่องรอยส่วนต่างโดยทั่วไปมีขนาดเล็ก มักจะคิดเป็นเพียง 10-20% ของระดับการมีเพศสัมพันธ์ และมากกว่านั้นคือการมีเพศสัมพันธ์กับพื้น ดังนั้นเส้นทางกลับหลักของการติดตามผลต่างยังคงอยู่บนพื้นดิน เครื่องบิน . เมื่อมีความไม่ต่อเนื่องในระนาบพื้น การต่อเชื่อมระหว่างส่วนต่างของรอยต่อในพื้นที่ที่ไม่มีระนาบอ้างอิงจะให้เส้นทางกลับหลัก แม้ว่าความไม่ต่อเนื่องของระนาบอ้างอิงจะไม่มีผลกระทบต่อการร่องดิฟเฟอเรนเชียลบนปลายด้านเดียวแบบธรรมดา ร่องรอย เป็นเรื่องร้ายแรง แต่ก็ยังลดคุณภาพของสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลและเพิ่ม EMI ซึ่งควรหลีกเลี่ยงให้มากที่สุด

นอกจากนี้ นักออกแบบบางคนเชื่อว่าระนาบอ้างอิงภายใต้การติดตามความแตกต่างสามารถลบออกเพื่อระงับสัญญาณโหมดทั่วไปบางส่วนในการส่งสัญญาณส่วนต่าง อย่างไรก็ตาม แนวทางนี้ไม่เป็นที่ต้องการในทางทฤษฎี วิธีการควบคุมอิมพีแดนซ์? การไม่ให้ลูปอิมพีแดนซ์กราวด์สำหรับสัญญาณโหมดทั่วไปจะทำให้เกิดรังสี EMI อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ วิธีการนี้มีผลเสียมากกว่าผลดี

ความเข้าใจผิด 2: เป็นที่เชื่อกันว่าการรักษาระยะห่างที่เท่ากันนั้นสำคัญกว่าความยาวของเส้นที่ตรงกัน

ในรูปแบบ PCB จริง มักจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการออกแบบส่วนต่างได้ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการมีอยู่ของปัจจัยต่างๆ เช่น การกระจายพิน จุดแวะ และพื้นที่การเดินสาย จุดประสงค์ของการจับคู่ความยาวสายจะต้องบรรลุผลผ่านการม้วนที่เหมาะสม แต่ผลลัพธ์จะต้องเป็นบางพื้นที่ของคู่ดิฟเฟอเรนเชียลไม่สามารถขนานกันได้ กฎที่สำคัญที่สุดในการออกแบบการติดตามความแตกต่างของ PCB คือความยาวของเส้นที่ตรงกัน กฎเกณฑ์อื่นๆ สามารถจัดการได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการในการออกแบบและการใช้งานจริง

ความเข้าใจผิด 3: คิดว่าการเดินสายเฟืองท้ายต้องอยู่ใกล้กันมาก

การรักษาร่องรอยความแตกต่างอย่างใกล้ชิดนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าการเพิ่มประสิทธิภาพการมีเพศสัมพันธ์ ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวนเท่านั้น แต่ยังใช้ประโยชน์จากขั้วตรงข้ามของสนามแม่เหล็กอย่างเต็มที่เพื่อชดเชยการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสู่โลกภายนอก แม้ว่าวิธีการนี้จะเป็นประโยชน์อย่างมากในกรณีส่วนใหญ่ แต่ก็ไม่แน่นอน หากเราสามารถมั่นใจได้ว่าพวกมันได้รับการปกป้องอย่างเต็มที่จากการรบกวนจากภายนอก เราก็ไม่จำเป็นต้องใช้คัปปลิ้งที่แข็งแรงเพื่อป้องกันการรบกวน และจุดประสงค์ในการปราบปรามอีเอ็มไอ

เราจะมั่นใจได้อย่างไรว่ามีการแยกและป้องกันร่องรอยที่แตกต่างกัน การเพิ่มระยะห่างด้วยการติดตามสัญญาณอื่นเป็นวิธีพื้นฐานที่สุดวิธีหนึ่ง พลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้าลดลงตามกำลังสองของระยะทาง โดยทั่วไป เมื่อระยะห่างระหว่างบรรทัดเกิน 4 เท่าของความกว้างของเส้น การรบกวนระหว่างเส้นทั้งสองจะอ่อนมาก สามารถละเลยได้