PCB-Neuigkeiten - Sprechen über die Verdrahtung der Differenzsignalleitung

Die Vorteile der differentiellen Signalleitungs- und Routingstrategien

Differentielle Signalpaare mit sehr enger Verkabelung werden ebenfalls eng miteinunder gekoppelt. Diese gegenseitige Kopplung wird die EMI-Emissionen verringern. Der Hauptnachteil von differentiellen Signalleitungen ist, dass sie die Fläche der Leiterplatte. Dieser Artikel stellt die Verwendung des Leiterplattendesignprozesses vor Die Routingstrategie für das Routing von differentiellen Signalleitungen.

Wie wir alle wissen, hat das Signal die Eigenschaft, entlang der Signalleitung oder unterhalb der Leiterplattenleitung zu senden. Auch wenn wir mit der Single-End-Mode-Verdrahtungsstrategie möglicherweise nicht vertraut sind, unterscheidet der Begriff Single-End diese Übertragungsmerkmale des Signals von den Differential-Mode- und Gleichtaktsignalübertragungsmethoden. In Zukunft sind die beiden letztgenannten Signalübertragungsverfahren meist komplizierter.

Differenzieller und gemeinsamer Modus

Das Differenzialmodensignal wird über ein Paar Signalleitungen übertragen. Eine Signalleitung überträgt das Signal, das wir normalerweise verstehen; Die andere Signalleitung sendet ein Signal von gleichem Wert, aber entgegengesetzter Richtung (zumindest theoretisch). Differential- und Single-Ended-Modi unterscheiden sich beim ersten Auftreten nicht viel, da alle Signale Schleifen haben.

Das Signal im Single-End-Modus wird normalerweise über eine Nullspannungsschaltung (oder genannt Masse) zurückgegeben. Jedes Signal im Differenzsignal muss durch den Erdkreis zurückgegeben werden. Da jedes Signalpaar tatsächlich gleich und umgekehrt ist, heben sich die Rücklaufschaltungen einfach gegenseitig auf, so dass es keine Rücklaufkomponenten des Differenzsignals auf der Nullspannungs- oder Masseschaltung gibt.

Common Mode bedeutet, dass das Signal auf zwei Signalleitungen eines (differentiellen) Signalleitungspaares oder auf der einseitigen Signalleitung und der Masse gleichzeitig erscheint. Das Verständnis dieses Konzepts ist nicht intuitiv, da es schwer vorstellbar ist, wie ein solches Signal erzeugt werden kann. Dies liegt vor allem daran, dass wir normalerweise keine Gleichtaktsignale produzieren. Die meisten Gleichtaktsignale sind Rauschsignale, die in der Schaltung unter hypothetischen Bedingungen erzeugt oder durch benachbarte oder externe Signalquellen eingekoppelt werden. Gleichtaktsignale sind fast immer "schädlich" und viele Designregeln wurden speziell entwickelt, um Gleichtaktsignale zu verhindern.

Routing von Differenzsignalleitungen

Normalerweise (natürlich gibt es einige Ausnahmen) sind Differentialsignale auch Hochgeschwindigkeitssignale, so dass Hochgeschwindigkeitsdesignregeln normalerweise für die Verdrahtung von Differentialsignalen gelten, insbesondere wenn Signalleitungen wie Übertragungsleitung 1 entworfen werden. Dies bedeutet, dass wir die Verdrahtung der Signalleitung sorgfältig entwerfen müssen, um sicherzustellen, dass die charakteristische Impedanz der Signalleitung entlang der Signalleitung kontinuierlich und konstant ist.

Beim Layout- und Routingprozess des Differentialpaars hoffen wir, dass die beiden Leiterplattenleitungen im Differentialpaar genau gleich sind. Dies bedeutet, dass in praktischen Anwendungen der größte Aufwand unternommen werden sollte, um sicherzustellen, dass die Leiterplattenleitungen im Differenzialpaar exakt die gleiche Impedanz haben und die Länge der Verdrahtung genau gleich ist. Differentielle Leiterplattenleitungen werden normalerweise paarweise geführt, und der Abstand zwischen ihnen wird an jeder Position entlang der Linienpaarrichtung konstant gehalten. Unter normalen Umständen erfolgt die Platzierung und das Routing von Differentialpaaren immer so nah wie möglich.

Vorteile der Differenzsignalisierung

Single-Ended-Signale werden normalerweise immer auf eine Art "Referenzpegel" referenziert. Dieser Referenzpegel kann eine positive Spannung oder eine Erdspannung sein., die Schwellenspannung eines Bauteils, oder ein anderes Signal woanders. Andererseits, Das Differenzsignal bezieht sich immer auf die andere Seite des Differenzpaares. Mit anderen Worten, if the voltage on one signal line (+ signal) is higher than the voltage on another signal line (- signal), dann können wir einen logischen Zustand erhalten; und wenn ersteres niedriger ist als letzteres, Dann können wir einen anderen Logikzustand bekommen.

Das Differenzsignal hat folgende Vorteile:

1. Der Zeitpunkt ist genau definiert. Dies liegt daran, dass der Kreuzungspunkt des Steuersignalleitungspaares einfacher ist als der absolute Spannungswert des Steuersignals relativ zu einem Referenzpegel. Dies ist auch einer der Gründe, warum es notwendig ist, die gleichlange Verdrahtung des Differenzialpaares genau zu realisieren. Wenn das Signal nicht gleichzeitig das andere Ende des Differenzialpaares erreichen kann, Dann wird jede Zeitsteuerung, die die Quelle bereitstellen kann, stark beeinträchtigt sein. Darüber hinaus, wenn das Signal am äußersten Ende der Differenzlinie nicht im engeren Sinne gleich ist, sondern umgekehrt ist, dann erscheint Gleichtaktrauschen, die Probleme beim Signaltimen und EMI verursachen wird.
2. Da Differentialsignale sich nicht auf andere Signale als ihre eigenen beziehen, und kann das Timing von Signalüberquerungspunkten strenger steuern, Differentialschaltungen können normalerweise mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten als herkömmliche einseitige Signalschaltungen.

Da der Betrieb der Differenzschaltung von der Differenz zwischen den Signalen auf den beiden Signalleitungen abhängt (ihre Signale sind gleich, aber entgegengesetzt), ist das erhaltene Signal im Vergleich zum Umgebungsrauschen doppelt so groß wie jedes einzelne Signal. Daher hat das Differenzsignal unter allen anderen Bedingungen immer ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis und bietet somit eine höhere Leistung.

Die Differenzialschaltung reagiert sehr empfindlich auf die Differenz zwischen den Signalpegeln auf dem Differenzialpaar. Aber im Vergleich zu einigen anderen Referenzen (insbesondere Masse) sind sie nicht empfindlich auf den absoluten Spannungswert auf der Differenzleitung. Relativ gesehen sind Differentialschaltungen unempfindlich gegenüber Problemen wie Ground Bounce und anderen Rauschsignalen, die auf der Leistungs- und Erdungsebene existieren können, während sie bei Gleichtaktsignalen genau gleich aussehen. Jede Signalleitung.

Differentialsignale haben auch eine gewisse Immunität gegen EMI und Übersprecherkupplung zwischen Signalen. Wenn die Verdrahtung eines Paares von Differenzsignalleitungen sehr kompakt ist, wird jedes extern gekoppelte Rauschen mit jeder Signalleitung im Paar in gleichem Maße gekoppelt. Daher wird das gekoppelte Rauschen zu "Common Mode"-Rauschen, und die Differenzsignalschaltung hat perfekte Immunität gegen dieses Signal. Wenn die Drahtpaare miteinander verdreht sind (z. B. verdrehte Paare), ist der Signaldraht immuner gegen Kopplungsrauschen. Da es unmöglich ist, die Differenzsignale auf der Leiterplatte leicht zu verdrehen, ist es eine sehr gute Möglichkeit, ihre Verkabelung in praktischen Anwendungen so nah wie möglich zusammenzustellen.

Differenzielle Signalpaare, die sehr nah aneinander geroutet sind, sind ebenfalls eng miteinander gekoppelt. Diese gegenseitige Kopplung reduziert die EMI-Emissionen, insbesondere im Vergleich zu einseitigen Leiterplatten-Signalleitungen. Man kann sich vorstellen, dass die externe Strahlung jeder Signalleitung im Differenzsignal gleich groß ist, aber in Richtung entgegengesetzt, so dass sie sich gegenseitig aufheben, genau wie das Signal in einem verdrehten Paar. Je näher die Differenzsignale geführt werden, desto stärker ist die Kopplung zwischen ihnen und desto geringer ist die externe EMI-Strahlung.

Der Hauptnachteil der Differenzschaltung ist das Hinzufügen von Leiterplattenleitungen. Wenn also die Vorteile von Differenzsignalen nicht im Applikationsprozess genutzt werden können, lohnt es sich nicht, die Leiterplattenfläche zu vergrößern. Aber wenn es eine wesentliche Verbesserung der Leistung der entworfenen Schaltung gibt, lohnt sich der Preis für die erhöhte Verdrahtungsfläche.

Das obige ist eine Einführung in die Vorteile der differentiellen Signalleitungen Verdrahtung und Verdrahtungsstrategien. Ipcb wird auch für Leiterplattenhersteller and Leiterplattenherstellung Technologie.