PCB-Neuigkeiten - Hauptpunkte des PCB-Designs für Differentialpaar

Die differentielle Signalübertragung hat viele Vorteile gegenüber der einseitigen Signalübertragung:

1. Starke Anti-Interferenz Fähigkeit, weil die Kopplung zwischen den beiden differentiellen Spuren sehr gut ist. Wenn es Rauschstörungen von außen gibt, sind sie fast gleichzeitig mit den beiden Leitungen gekoppelt, und das Empfangsende betrifft nur den Unterchied zwischen den beiden Signalen, so dass das externe Gleichtaktrauschen vollständig abgebrochen werden kann;

2. Es kann EMI effektiv unterdrücken. Aus dem gleichen Grund, weil die Polaritäten der beiden Signale entgegengesetzt sind, können sich die von ihnen ausgestrahlten elektromagnetischen Felder gegenseitig aufheben. Je enger die Kupplung, desto weniger elektromagnetische Energie wird nach außen entlüftet;

3. Die Zeitpositionierung ist genau. Da der Schalterwechsel des Differenzsignals am Schnittpunkt der beiden Signale liegt, im Gegensatz zum einseitigen Signal, das von den hohen und niedrigen Schwellenspannungen abhängt, wird er weniger durch den Prozess und die Temperatur beeinflusst, was den Fehler im Timing reduzieren kann. Es eignet sich auch besser für das Schaltungsdesign von Signalen mit geringer Amplitude.

Für PCB-Ingenieure, Die größte Sorge ist, wie sichergestellt werden kann, dass die Vorteile von Differenzsignalen in der tatsächlichen Verdrahtung voll genutzt werden können. Jeder, der PCB-Design wird die allgemeinen Anforderungen der Differentialdrahtung verstehen, das ist, "gleiche Länge und gleiche Entfernung". Aber alle diese Regeln werden nicht verwendet, um mechanisch anzuwenden, und viele Ingenieure scheinen keine eingehende Analyse des tatsächlichen Entwurfs und der Verarbeitung von differentiellen Linienpaaren durchgeführt zu haben. Im Folgenden werden mehrere gemeinsame Punkte im PCB-Differenzsignal diskutiert. PCB-Design.

1 gleiche Länge

Die gleiche Länge besteht darin, die Signalübertragungsverzögerung auf jeder Leitung gleich zu machen, um sicherzustellen, dass die beiden Differenzsignale jederzeit die entgegengesetzte Polarität behalten. Jede Verzögerungsdifferenz zwischen den beiden Übertragungsleitungen führt dazu, dass ein Teil des Differenzsignals zu einem Gleichtaktsignal wird, was die Signalqualität ernsthaft beeinträchtigt.

Gleiche Länge ist, die Verdrahtungslänge der beiden Signalleitungen des Differenzpaares möglichst gleich zu machen. Im Allgemeinen liegt die Abstimmungsanforderung für Hochgeschwindigkeits-Differenzsignale mit gleicher Länge innerhalb von ± 10 mils. Das ist natürlich eine höhere Anforderung. Der reale Wert kann berechnet werden, indem Signalfehlausrichtung (Schräglage, die auf dem Chiphandbuch zu finden ist) und Signalübertragungsverzögerung (in der Regel 180-Pikosekunden pro Zoll) erlaubt wird.

Aufgrund des Gerätelayouts, der Pin-Verteilung usw. sind die Differenzleitungen, die durch Direktverdrahtung erzeugt werden, in den meisten Fällen nicht gleich lang, was manuelle Wicklung erfordert. Die manuelle Wicklung wird normalerweise an den Chippins durchgeführt, der Zweck ist, die Impedanzkonstinuität des Differenzleitungspaars zu reduzieren. Abbildung 1 zeigt zwei häufig verwendete Wickelmethoden.

2 Isometrisch

Die Equidistance soll die Kontinuität der Differenzimpedanz zwischen den differentiellen Linienpaaren gewährleisten und Reflexion reduzieren. Die Differenzimpedanz ist ein wichtiger Parameter für die Auslegung eines Differenzpaares. Wenn es nicht kontinuierlich ist, beeinträchtigt es die Signalintegrität. Die Differenzimpedanz kann als äquivalente Impedanz zweier einseitiger Signalleitungen in Reihe betrachtet werden. Normalerweise ist die äquivalente Impedanz einer einseitigen Signalleitung 50 Ω, so dass die Differenzimpedanz im Allgemeinen auf 100 Ω gehalten werden sollte. Equidistance ist, den Abstand zwischen den differentiellen Linienpaaren gleich zu halten (d.h. paralleles Routing), um sicherzustellen, dass sich die Differenzimpedanz des differentiellen Linienpaares nicht durchgängig ändert.

Die Differenzimpedanz hängt mit der Linienbreite des differenziellen Linienpaares, dem Linienabstand, der Stapelreihenfolge der Leiterplatte, der Dielektrizitätskonstante des Mediums und vielen anderen Parametern zusammen. Hersteller verhandeln und bestimmen gemeinsam Parameter wie Linienabstand. Es ist erwähnenswert, dass, wenn ein Differenzsignal auf verschiedenen Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte übertragen wird (insbesondere wenn die inneren und äußeren Schichten geführt werden), der Leitungsabstand rechtzeitig angepasst werden muss, um die charakteristische Impedanzänderung zu kompensieren, die durch die Änderung der dielektrischen Konstante des Mediums verursacht wird. Im Vergleich zu ungleicher Länge hat ungleicher Abstand weniger Einfluss auf die Signalintegrität. Wenn die gleiche Länge mit der gleichen Entfernung Regel kollidiert, sollte die gleiche Länge zuerst erfüllt werden.

3 Stapeln von Differentialpaar und gedruckter Pappe

Die Stapelung der Leiterplatte ist eng mit der Signalkopplung und Abschirmung verbunden. Es gibt eine Ansicht, dass differentielle Linienpaare einen Rückweg füreinander bieten, Differentialsignale benötigen also keine Erdungsebene als Rückweg. Das ist ein falsches Verständnis. Allgemein, die Kopplung zwischen Differentialspuren ist klein, oft nur 10% bis 20% des Kopplungsgrades, und mehr ist die Kupplung zum Boden, So existiert der Hauptrücklauf der Differentialspur noch auf der Grundebene. In PCB-Design, Differenzsignale müssen an mindestens einer Erdungsebene angrenzend sein, und es ist am besten, dass beide Seiten an die Bodenebene angrenzen. Die empfohlene Stapelmethode ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Signalqualität sinkt von links nach rechts, aber es kann die grundlegenden Anforderungen erfüllen.

Wie Hochgeschwindigkeitsleitungen haben auch Differentialpaare Integritätsanforderungen an die Referenzbodenebene. Das heißt, auf dem Weg, den das Differentialpaar durchläuft, muss seine Bezugsgrundebene kontinuierlich sein und kann nicht geteilt werden, wie in Abbildung 3 gezeigt.

4 Der Abstand zwischen dem Differenzpaar und anderen Signalen

Die Steuerung des Abstands zwischen dem Differenzleitungspaar und anderen Signalen kann die Interferenz anderer Signale auf dem Differenzleitungspaar effektiv reduzieren und EMI unterdrücken [1]. Wir wissen, dass die elektromagnetische Feldenergie mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Im Allgemeinen ist der Abstand zwischen dem differentiellen Linienpaar und anderen Signalen größer als 4-mal die differentielle Linienbreite oder 3-mal der Abstand zwischen den differentiellen Linienpaaren (je nachdem, welches größer ist), je nachdem, welches größer ist. Der Einfluss der Zeit ist extrem schwach und kann grundsätzlich ignoriert werden. Die Formel lautet wie folgt:

L>4w und L> 3d,

Unter ihnen L: der Abstand zwischen dem Differenzleitungspaar und anderen Signalen; w: die Linienbreite der Differenzlinie; d: der Zeilenabstand des differentiellen Linienpaares.

Dabei umfassen andere Signale andere Differenzlinien, einzelende Linien, Signalebenen usw. Gleichzeitig sollte der Abstand zwischen dem Differenzlinienpaar und der Kante seiner Bezugsebene auch auf die obige Weise berechnet werden. Damit soll die Symmetrie der beiden Differenzlinien sichergestellt und Gleichtaktrauschen reduziert werden.

5 Beendigung des Differenzpaares

Das Hinzufügen des Abschlusswiderstands zum Differenzleitungspaar ist eine effektive Möglichkeit, die Impedanzanpassung der Differenzübertragungsleitung sicherzustellen. Die Steuerung des Klemmenabgleich-Widerstands sollte auf verschiedenen Logik-Level-Schnittstellen basieren, um ein geeignetes Widerstandsnetzwerk auszuwählen und parallel zu laden, um den Zweck der Impedanzanpassung zu erreichen.

Derzeit sind die am häufigsten verwendeten Differenzsignale LVDS und LVPECL. Im Folgenden werden die Beendigungsmethoden dieser beiden Signale beschrieben.

(1) LVDS-Signal

LVDS ist eine Low-Swing Differenzsignaltechnologie, und seine Übertragungsrate liegt im Allgemeinen über mehreren hundert Mb/s. Der Treiber des LVDS-Signals besteht aus einer Stromquelle, die die Differenzlinie antreibt, normalerweise mit einem Strom von 3,5 mA. Terminationswiderstände müssen im Allgemeinen nur über die Mitte der positiven und negativen Signale angeschlossen werden.

(2) LVPECL-Signal

LVPECL-Pegelsignal ist auch eine der Differenzsignalniveaus, die für Hochgeschwindigkeitsübertragung geeignet sind, und seine Übertragungsrate kann 1 Gb/s erreichen. Jedes seiner Einkanalsignale hat ein DC-Potential, das 2 V kleiner ist als die Signalantriebsspannung. Daher können bei Anwendung der Klemmenabgleich keine Widerstände zwischen den positiven und negativen Differenzlinien verbunden werden, aber jeder Kanal kann nur einseitig übereinstimmen. Wie in Abbildung 6 gezeigt.

Es ist zu beachten, dass, mit der Entwicklung der Mikroelektronik, viele Geräte Leiterplattenhersteller have been able to make the terminal matching resistance inside the device (you can find it in the chip manual) to reduce the work of PCB-Designers. Zur Zeit, es kann nicht mehr beendet werden, sonst beeinträchtigt es die Signalqualität.

6 Andere Fragen, auf die geachtet werden muss

Wenn Sie die Leiterplatte des Differenzpaares entwerfen, sollten Sie auch auf die folgenden Probleme achten: Versuchen Sie, die Verwendung von Durchkontaktierungen und anderen Faktoren zu reduzieren, die Impedanzkonstinuität verursachen; Verwenden Sie keine 90° Falzlinien, können durch Bögen oder 45° Falzlinien ersetzt werden; Falls erforderlich, verwenden Sie unterschiedliche Masseebene-Isolation zwischen differentiellen Linienpaaren, um Übersprechen untereinander zu verhindern;

Stellen Sie nicht nur sicher, dass die Gesamtlänge der Leiterbahn gleich ist, sondern versuchen Sie sicherzustellen, dass jedes Segment der Leiterbahn gleich ist (bei Impedanzkonstinuitäten, wie Sockeln); Falls nicht notwendig, versuchen Sie, keine Testpads auf der Differenziallinie hinzuzufügen.