In yüksek hızlı PCB Tasarımda, diferansiyel sinyalin (DİFERANSAL SİNYAL) uygulaması giderek daha kapsamlı hale gelmekte ve devredeki en kritik sinyal genellikle bir diferansiyel yapı ile tasarlanmaktadır. Neden böyle? Sıradan tek uçlu sinyal yönlendirme ile karşılaştırıldığında, diferansiyel sinyaller, güçlü parazit önleme yeteneği, EMI’nin etkili bir şekilde bastırılması ve hassas zamanlama konumlandırma avantajlarına sahiptir.

Diferansiyel sinyal PCB kablolama gereksinimleri

Devre kartında, diferansiyel izler eşit uzunlukta, eşit genişlikte, yakın ve aynı seviyede iki çizgi olmalıdır.

1. Eşit uzunluk: Eşit uzunluk, iki diferansiyel sinyalin her zaman zıt kutupları korumasını sağlamak için iki çizginin uzunluğunun mümkün olduğunca uzun olması gerektiği anlamına gelir. Ortak mod bileşenlerini azaltın.

2. Eşit genişlik ve eşit mesafe: Eşit genişlik, iki sinyalin izlerinin genişliğinin aynı tutulması gerektiği anlamına gelir ve eşit mesafe, iki kablo arasındaki mesafenin sabit ve paralel tutulması gerektiği anlamına gelir.

3. Minimum empedans değişikliği: Diferansiyel sinyalli bir PCB tasarlarken, en önemli şeylerden biri uygulamanın hedef empedansını bulmak ve ardından diferansiyel çiftini buna göre planlamaktır. Ek olarak, empedans değişimini mümkün olduğu kadar küçük tutun. Diferansiyel hattın empedansı, iz genişliği, iz kuplajı, bakır kalınlığı ve PCB malzemesi ve yığın gibi faktörlere bağlıdır. Bir diferansiyel çiftinin empedansını değiştiren herhangi bir şeyden kaçınmaya çalıştığınızda, her birini düşünün.

PCB diferansiyel sinyal tasarımında yaygın yanlış anlamalar

Yanlış Anlama 1: Diferansiyel sinyalin dönüş yolu olarak bir yer düzlemine ihtiyaç duymadığına veya diferansiyel izlerin birbirleri için bir dönüş yolu sağladığına inanılmaktadır.

Bu yanlış anlaşılmanın nedeni, yüzeysel olaylarla karıştırılmaları veya yüksek hızlı sinyal iletim mekanizmasının yeterince derin olmamasıdır. Diferansiyel devreler, güç ve yer düzlemlerinde bulunabilecek benzer zemin sıçramalarına ve diğer gürültü sinyallerine karşı duyarsızdır. Yer düzleminin kısmi dönüş iptali, diferansiyel devrenin sinyal dönüş yolu olarak referans düzlemini kullanmadığı anlamına gelmez. Aslında, sinyal dönüş analizinde, diferansiyel kablolama ve sıradan tek uçlu kablolama mekanizması aynıdır, yani yüksek frekanslı sinyaller her zaman en küçük endüktansa sahip döngü boyunca Yeniden Akıştır. En büyük fark, zemine kuplajın yanı sıra diferansiyel hattının da karşılıklı kuplajının olmasıdır. Hangi tür bağlantı güçlüdür ve hangisi ana dönüş yolu olur.

PCB devre tasarımında, diferansiyel izleri arasındaki kuplaj genellikle küçüktür, genellikle kuplaj derecesinin sadece %10-20’sini oluşturur ve daha fazlası toprağa kuplajdır, bu nedenle diferansiyel izinin ana dönüş yolu hala yerde mevcuttur. uçak . Yer düzleminde bir süreksizlik olduğunda, referans düzlemi olmayan alandaki diferansiyel izler arasındaki bağlantı, ana dönüş yolunu sağlayacaktır, ancak referans düzleminin süreksizliğinin sıradan tek uçlu üzerindeki diferansiyel izler üzerinde hiçbir etkisi yoktur. ciddidir, ancak yine de diferansiyel sinyalin kalitesini düşürecek ve mümkün olduğunca kaçınılması gereken EMI’yi artıracaktır.

Ek olarak, bazı tasarımcılar, diferansiyel iletimde ortak mod sinyalinin bir kısmını bastırmak için diferansiyel izin altındaki referans düzleminin kaldırılabileceğine inanmaktadır. Bununla birlikte, bu yaklaşım teoride arzu edilmez. Empedans nasıl kontrol edilir? Ortak mod sinyali için bir toprak empedansı döngüsü sağlamamak, kaçınılmaz olarak EMI radyasyonuna neden olacaktır. Bu yaklaşım yarardan çok zarar getirir.

Yanlış anlama 2: Eşit aralık tutmanın, satır uzunluğunu eşleştirmekten daha önemli olduğuna inanılmaktadır.

Gerçek PCB yerleşiminde, aynı anda diferansiyel tasarımın gereksinimlerini karşılamak çoğu zaman mümkün değildir. Pin dağılımı, yollar ve kablolama alanı gibi faktörlerin varlığından dolayı, hat uzunluğu eşleştirme amacına uygun sargı ile ulaşılmalıdır, ancak sonuç, diferansiyel çiftinin bazı alanlarının paralel olamamasıdır. PCB diferansiyel izlerinin tasarımında en önemli kural, eşleşen hat uzunluğudur. Diğer kurallar, tasarım gereksinimlerine ve fiili uygulamalara göre esnek bir şekilde işlenebilir.

Yanlış anlama 3: Diferansiyel kablolamanın çok yakın olması gerektiğini düşünün.

Diferansiyel izleri yakın tutmak, yalnızca gürültüye karşı bağışıklığı artırmakla kalmayıp aynı zamanda dış dünyaya elektromanyetik paraziti dengelemek için manyetik alanın zıt polaritesinden tam olarak yararlanan bağlantılarını geliştirmekten başka bir şey değildir. Bu yaklaşım çoğu durumda çok faydalı olsa da, mutlak değildir. Dış parazitlerden tamamen korunduklarından emin olabilirsek, parazit önleyici elde etmek için güçlü bağlantı kullanmamız gerekmez. Ve EMI’yi bastırmanın amacı.

Diferansiyel izlerin iyi bir şekilde izole edilmesini ve korunmasını nasıl sağlayabiliriz? Diğer sinyal izleriyle aralığı artırmak en temel yollardan biridir. Elektromanyetik alan enerjisi mesafenin karesi ile azalır. Genel olarak, satır aralığı satır genişliğinin 4 katını aştığında, aralarındaki parazit son derece zayıftır. Göz ardı edilebilir.