In PCB tốc độ cao thiết kế, ứng dụng của tín hiệu vi sai (DIFferential Signal) ngày càng trở nên rộng rãi và tín hiệu quan trọng nhất trong mạch thường được thiết kế với cấu trúc vi phân. Tại sao nó như vậy? So với định tuyến tín hiệu một đầu thông thường, tín hiệu vi sai có ưu điểm là khả năng chống nhiễu mạnh, triệt tiêu hiệu quả EMI và định vị thời gian chính xác.

Yêu cầu về dây tín hiệu vi sai PCB

Trên bảng mạch, dấu vết vi phân phải là hai đường thẳng có chiều dài bằng nhau, chiều rộng bằng nhau, tiệm cận và ngang hàng.

1. Độ dài bằng nhau: Độ dài bằng nhau có nghĩa là độ dài của hai đường thẳng phải càng dài càng tốt, để đảm bảo rằng hai tín hiệu vi phân luôn giữ các cực ngược nhau. Giảm các thành phần chế độ chung.

2. Chiều rộng bằng nhau và khoảng cách bằng nhau: Chiều rộng bằng nhau có nghĩa là chiều rộng của dấu vết của hai tín hiệu cần được giữ bằng nhau, và khoảng cách bằng nhau có nghĩa là khoảng cách giữa hai dây nên được giữ không đổi và song song.

3. Thay đổi trở kháng tối thiểu: Khi thiết kế một PCB với các tín hiệu vi sai, một trong những điều quan trọng nhất là tìm ra trở kháng mục tiêu của ứng dụng, sau đó lập kế hoạch cặp vi sai cho phù hợp. Ngoài ra, giữ cho sự thay đổi trở kháng càng nhỏ càng tốt. Trở kháng của dòng vi sai phụ thuộc vào các yếu tố như độ rộng vết, khớp nối vết, độ dày đồng, vật liệu PCB và chất chồng lên nhau. Khi bạn cố gắng tránh bất cứ thứ gì làm thay đổi trở kháng của cặp vi sai, hãy xem xét từng thứ trong số chúng.

Những hiểu lầm phổ biến trong thiết kế tín hiệu vi sai PCB

Hiểu lầm 1: Người ta tin rằng tín hiệu vi sai không cần mặt đất làm đường trở lại, hoặc dấu vết vi phân cung cấp đường trở lại cho nhau.

Sở dĩ có sự hiểu lầm này là do chúng bị nhầm lẫn bởi các hiện tượng bề ngoài, hoặc cơ chế truyền tín hiệu tốc độ cao chưa đủ sâu. Các mạch vi sai không nhạy cảm với các tín hiệu dội lại trên mặt đất tương tự và các tín hiệu nhiễu khác có thể tồn tại trên các mặt phẳng nguồn và mặt đất. Sự hủy bỏ trở lại một phần của mặt đất không có nghĩa là mạch vi sai không sử dụng mặt phẳng tham chiếu làm đường trả tín hiệu. Trên thực tế, trong phân tích tín hiệu trở lại, cơ chế của đấu dây vi sai và đấu dây một đầu thông thường là giống nhau, đó là, tín hiệu tần số cao luôn luôn đi ngược lại dọc theo vòng lặp với điện cảm nhỏ nhất. Điểm khác biệt lớn nhất là ngoài khớp nối với mặt đất, dòng vi sai còn có khớp nối tương hỗ. Loại khớp nối nào mạnh và loại khớp nối nào trở thành đường dẫn chính trở lại.

Trong thiết kế mạch PCB, sự ghép nối giữa các vết vi phân nói chung là nhỏ, thường chỉ chiếm 10 – 20% mức độ ghép nối, hơn nữa là sự ghép nối với mặt đất, do đó đường trở lại chính của dấu vết vi phân vẫn tồn tại trên mặt đất. chiếc máy bay . Khi có sự gián đoạn trong mặt phẳng đất, sự ghép nối giữa các vết vi phân trong khu vực không có mặt phẳng chuẩn sẽ tạo ra đường quay trở lại chính, mặc dù sự gián đoạn của mặt phẳng chuẩn không ảnh hưởng đến các vết vi phân trên một đầu thông thường. Dấu vết Nó là nghiêm trọng, nhưng nó vẫn sẽ làm giảm chất lượng của tín hiệu vi sai và tăng EMI, điều này nên tránh càng nhiều càng tốt.

Ngoài ra, một số nhà thiết kế tin rằng mặt phẳng tham chiếu dưới vết vi phân có thể được loại bỏ để triệt tiêu một phần tín hiệu chế độ chung trong truyền dẫn vi sai. Tuy nhiên, cách tiếp cận này không được mong muốn về mặt lý thuyết. Làm thế nào để kiểm soát trở kháng? Không cung cấp vòng trở kháng nối đất cho tín hiệu chế độ chung chắc chắn sẽ gây ra bức xạ EMI. Cách làm này gây hại nhiều hơn lợi.

Hiểu lầm 2: Người ta tin rằng giữ khoảng cách bằng nhau quan trọng hơn độ dài dòng phù hợp.

Trong bố trí PCB thực tế, thường không thể đáp ứng các yêu cầu của thiết kế vi sai cùng một lúc. Do sự tồn tại của các yếu tố như phân bố chân, vias và không gian đi dây, mục đích của việc khớp chiều dài đường dây phải đạt được thông qua cuộn dây thích hợp, nhưng kết quả là một số khu vực của cặp vi sai không thể song song. Quy tắc quan trọng nhất trong thiết kế các dấu vết vi phân PCB là độ dài đường truyền phù hợp. Các quy tắc khác có thể được xử lý linh hoạt theo yêu cầu thiết kế và ứng dụng thực tế.

Hiểu lầm 3: Cho rằng dây nối vi sai phải rất gần nhau.

Giữ các dấu vết vi phân gần nhau không gì khác hơn là tăng cường khả năng ghép nối của chúng, điều này không chỉ có thể cải thiện khả năng miễn nhiễm với tiếng ồn mà còn tận dụng tối đa cực tính ngược lại của từ trường để bù nhiễu điện từ với thế giới bên ngoài. Mặc dù cách tiếp cận này rất có lợi trong hầu hết các trường hợp, nhưng nó không phải là tuyệt đối. Nếu chúng ta có thể đảm bảo rằng chúng được che chắn hoàn toàn khỏi nhiễu bên ngoài, thì chúng ta không cần sử dụng khớp nối mạnh để đạt được khả năng chống nhiễu. Và mục đích của việc triệt tiêu EMI.

Làm thế nào chúng ta có thể đảm bảo cách ly tốt và che chắn các dấu vết vi sai? Tăng khoảng cách với các dấu vết tín hiệu khác là một trong những cách cơ bản nhất. Năng lượng trường điện từ giảm theo bình phương của khoảng cách. Nói chung, khi khoảng cách dòng vượt quá 4 lần chiều rộng dòng, thì sự giao thoa giữa chúng là cực kỳ yếu. Có thể bỏ qua.