In ang bilis ng PCB disenyo, ang aplikasyon ng differential signal (DIFferential Signal) ay nagiging mas at mas malawak, at ang pinaka-kritikal na signal sa circuit ay madalas na dinisenyo na may isang kaugalian istraktura. Bakit ganun? Kung ikukumpara sa ordinaryong single-ended signal routing, ang mga differential signal ay may mga bentahe ng malakas na kakayahan sa anti-interference, epektibong pagsugpo sa EMI, at tumpak na pagpoposisyon ng timing.

Mga kinakailangan sa differential signal PCB wiring

Sa circuit board, ang mga differential traces ay dapat na dalawang linya ng pantay na haba, pantay na lapad, malapit, at sa parehong antas.

1. Pantay na haba: Ang pantay na haba ay nangangahulugan na ang haba ng dalawang linya ay dapat hangga’t maaari, upang matiyak na ang dalawang differential signal ay mananatiling magkasalungat na polarities sa lahat ng oras. Bawasan ang mga bahagi ng karaniwang mode.

2. Pantay na lapad at pantay na distansya: Ang pantay na lapad ay nangangahulugan na ang lapad ng mga bakas ng dalawang signal ay kailangang panatilihing pareho, at ang pantay na distansya ay nangangahulugan na ang distansya sa pagitan ng dalawang wire ay dapat panatilihing pare-pareho at parallel.

3. Minimal na pagbabago sa impedance: Kapag nagdidisenyo ng isang PCB na may mga differential signal, ang isa sa pinakamahalagang bagay ay upang malaman ang target na impedance ng application, at pagkatapos ay planuhin ang pares ng kaugalian nang naaayon. Bilang karagdagan, panatilihing maliit ang pagbabago ng impedance hangga’t maaari. Ang impedance ng differential line ay nakasalalay sa mga salik tulad ng lapad ng bakas, pagkakabit ng bakas, kapal ng tanso, at materyal ng PCB at stackup. Kapag sinubukan mong iwasan ang anumang bagay na nagbabago sa impedance ng isang pares ng kaugalian, isaalang-alang ang bawat isa sa kanila.

Mga karaniwang hindi pagkakaunawaan sa disenyo ng differential signal ng PCB

Hindi Pagkakaunawaan 1: Ito ay pinaniniwalaan na ang differential signal ay hindi nangangailangan ng ground plane bilang isang pabalik na landas, o ang differential traces ay nagbibigay ng isang pabalik na landas para sa isa’t isa.

Ang dahilan ng hindi pagkakaunawaan na ito ay nalilito sila sa mga mababaw na phenomena, o ang mekanismo ng high-speed signal transmission ay hindi sapat na malalim. Ang mga differential circuit ay hindi sensitibo sa mga katulad na pagtalbog sa lupa at iba pang signal ng ingay na maaaring umiiral sa mga power at ground plane. Ang partial return cancellation ng ground plane ay hindi nangangahulugang hindi ginagamit ng differential circuit ang reference plane bilang signal return path. Sa katunayan, sa pagsusuri ng pagbabalik ng signal, ang mekanismo ng kaugalian na mga kable at ordinaryong single-ended na mga kable ay pareho, iyon ay, ang mga high-frequency na signal ay palaging Reflow kasama ang loop na may pinakamaliit na inductance. Ang pinakamalaking pagkakaiba ay bilang karagdagan sa pagkabit sa lupa, ang linya ng kaugalian ay mayroon ding mutual coupling. Aling uri ng pagkabit ang malakas, at alin ang nagiging pangunahing landas sa pagbabalik.

Sa disenyo ng circuit ng PCB, ang pagkabit sa pagitan ng mga kaugalian na bakas ay karaniwang maliit, kadalasan ay nagkakaloob lamang ng 10-20% ng antas ng pagkabit, at higit pa ay ang pagkabit sa lupa, kaya ang pangunahing landas ng pagbabalik ng kaugalian na bakas ay umiiral pa rin sa lupa. eroplano . Kapag may discontinuity sa ground plane, ang coupling sa pagitan ng differential traces sa lugar na walang reference plane ay magbibigay ng pangunahing pabalik na landas, kahit na ang discontinuity ng reference plane ay walang epekto sa differential traces sa ordinaryong single-ended traces Seryoso ito, ngunit babawasan pa rin nito ang kalidad ng signal ng kaugalian at tataas ang EMI, na dapat iwasan hangga’t maaari.

Bilang karagdagan, naniniwala ang ilang mga designer na ang reference plane sa ilalim ng differential trace ay maaaring alisin upang sugpuin ang bahagi ng karaniwang mode signal sa differential transmission. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay hindi kanais-nais sa teorya. Paano kontrolin ang impedance? Ang hindi pagbibigay ng ground impedance loop para sa common-mode na signal ay hindi maiiwasang magdulot ng EMI radiation. Ang pamamaraang ito ay mas nakakapinsala kaysa sa mabuti.

Hindi Pagkakaunawaan 2: Pinaniniwalaan na ang pagpapanatiling pantay na espasyo ay mas mahalaga kaysa sa pagtutugma ng haba ng linya.

Sa aktwal na layout ng PCB, madalas na hindi posible na matugunan ang mga kinakailangan ng disenyo ng kaugalian sa parehong oras. Dahil sa pagkakaroon ng mga salik gaya ng pamamahagi ng pin, vias, at espasyo ng mga kable, ang layunin ng pagtutugma ng haba ng linya ay dapat na makamit sa pamamagitan ng wastong paikot-ikot, ngunit ang resulta ay dapat na ang ilang bahagi ng pares ng kaugalian ay hindi maaaring magkatulad. Ang pinakamahalagang tuntunin sa disenyo ng PCB differential traces ay ang pagtutugma ng haba ng linya. Ang iba pang mga patakaran ay maaaring madaling pangasiwaan ayon sa mga kinakailangan sa disenyo at aktwal na mga aplikasyon.

Hindi pagkakaunawaan 3: Isipin na ang differential wiring ay dapat na napakalapit.

Ang pagpapanatiling malapit sa mga differential traces ay walang iba kundi upang mapahusay ang kanilang coupling, na hindi lamang makapagpapahusay ng immunity sa ingay, ngunit magagamit din nang husto ang kabaligtaran na polarity ng magnetic field upang mabawi ang electromagnetic interference sa labas ng mundo. Kahit na ang diskarte na ito ay lubhang kapaki-pakinabang sa karamihan ng mga kaso, ito ay hindi ganap. Kung masisiguro natin na ganap silang protektado mula sa panlabas na panghihimasok, hindi natin kailangang gumamit ng malakas na pagkabit upang makamit ang anti-interference. At ang layunin ng pagsugpo sa EMI.

Paano natin matitiyak ang mahusay na pagkakabukod at pagtatanggol sa mga bakas ng pagkakaiba? Ang pagpapataas ng espasyo sa iba pang mga bakas ng signal ay isa sa mga pinakapangunahing paraan. Ang enerhiya ng electromagnetic field ay bumababa sa parisukat ng distansya. Sa pangkalahatan, kapag ang line spacing ay lumampas sa 4 na beses sa lapad ng linya, ang interference sa pagitan ng mga ito ay napakahina. Maaaring hindi pansinin.