PCB-Neuigkeiten - Häufige Missverständnisse im PCB Differential Signal Design.

Missverständnis 1: Es wird angenommen, dass das Differenzsignal keine Erdungsebene als Rückweg benötigt, oder dass die Differentialspuren einander einen Rückweg bieten. Der Grund für dieses Missverständnis ist, dass sie durch oberflächliche Phänomene verwirrt werden, oder der Mechanismus der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung ist nicht tief genug. Aus der Struktur des Empfangsenden in Abbildung 1-8-15, Es ist zu sehen, dass die Emitterströme der Transistoren Q3 und Q4 gleich und gegenläufig sind., and their currents at the ground exactly cancel each other (I1=0), Ähnliche Bounces und andere Rauschsignale, die auf der Leistungs- und Erdungsebene existieren können, sind unempfindlich. Die partielle Rücklaufaufhebung der Masseebene bedeutet nicht, dass der Differenzkreis die Referenzebene nicht als Signalrücklaufweg verwendet. In der Tat, in der Signalrücklaufanalyse, Der Mechanismus der Differenzverdrahtung und der gewöhnlichen einseitigen Verdrahtung ist der gleiche, das ist, Hochfrequenzsignale werden immer mit der kleinsten Induktivität entlang der Schleife zurückgeführt, der größte Unterschied ist, dass neben der Kupplung zum Boden, hat die Differenzlinie auch gegenseitige Kopplung. Welche Art von Kupplung ist stark, welcher zum Hauptrückweg wird. Abbildung 1-8-16 ist ein schematisches Diagramm der geomagnetischen Feldverteilung von einseitigen Signalen und Differenzsignalen.

In PCB-Schaltungsdesign, Die Kopplung zwischen Differenzspuren ist im Allgemeinen gering, oft nur 10 bis 20% des Kopplungsgrades, und mehr ist die Kupplung zum Boden, So existiert der Hauptrücklauf der Differentialspur noch auf der Grundebene . Wenn die Bodenebene diskontinuierlich ist, Die Kopplung zwischen den Differentialspuren liefert den Hauptrückweg im Bereich ohne Bezugsebene, wie in Abbildung 1-8-17 dargestellt. Obwohl der Einfluss der Diskontinuität der Bezugsebene auf die Differentialspur nicht so gravierend ist wie der der gewöhnlichen einseitigen Spur, Es wird immer noch die Qualität des Differenzsignals verringern und EMI erhöhen, die möglichst vermieden werden sollten. Einige Konstrukteure glauben, dass die Referenzebene unter der Differentialspur entfernt werden kann, um einige Gleichtaktsignale in der Differenzübertragung zu unterdrücken. Allerdings, Dieser Ansatz ist in der Theorie nicht wünschenswert. Wie man die Impedanz steuert? Das Fehlen einer Erdimpedanzschleife für das Gleichtaktsignal verursacht zwangsläufig EMI-Strahlung. Dieser Ansatz schadet mehr als nützt.

Missverständnis 2: Es wird angenommen, dass der gleiche Abstand wichtiger ist als die Übereinstimmung der Zeilenlänge. In Wirklichkeit Leiterplattenlayout, Es ist oft nicht möglich, die Anforderungen an die Differentialdesign gleichzeitig zu erfüllen. Aufgrund der Existenz von Pin-Verteilung, Durchkontaktierungen, und Verdrahtungsraum, Der Zweck der Linienlängenanpassung muss durch ordnungsgemäße Wicklung erreicht werden, Aber das Ergebnis muss sein, dass einige Bereiche des Differentialpaars nicht parallel sein können. Was sollen wir jetzt tun?? Welche Wahl? Bevor Schlussfolgerungen gezogen werden, Werfen wir einen Blick auf die folgenden Simulationsergebnisse.

Aus den oben genannten Simulationsergebnissen, Die Wellenformen von Schema 1 und Schema 2 sind fast identisch, das heißt,, die Auswirkungen durch den ungleichen Abstand minimal sind. Im Vergleich, die Linienlänge Mismatch hat einen viel größeren Einfluss auf das Timing. ((Schema 3)). Aus der theoretischen Analyse, Obwohl der inkonsistente Abstand dazu führt, dass sich die Differenzimpedanz ändert, weil die Kopplung zwischen dem Differentialpaar selbst nicht signifikant ist, der Impedanzänderungsbereich ist auch sehr klein, normalerweise innerhalb von 10%, die nur einem Durchgang entspricht. Die Reflexion durch das Loch hat keinen signifikanten Einfluss auf die Signalübertragung. Sobald die Linienlänge nicht übereinstimmt, zusätzlich zum Zeitversatz, Gleichtaktkomponenten werden in das Differenzsignal eingebracht, die Qualität des Signals reduziert und die EMI erhöht.

Es kann gesagt werden, dass die wichtigste Regel beim Design von PCB-Differentialspuren die passende Linienlänge ist, und andere Regeln können flexibel nach Konstruktionsanforderungen und tatsächlichen Anwendungen gehandhabt werden.

Missverständnis 3: Denken Sie, dass die Differenzverdrahtung sehr nah sein muss. Die Differentialspuren nahe zu halten ist nichts anderes als ihre Kopplung zu verbessern, die nicht nur die Störfestigkeit verbessern kann, aber auch die entgegengesetzte Polarität des Magnetfeldes nutzen, um elektromagnetische Störungen nach außen auszugleichen. Obwohl dieser Ansatz in den meisten Fällen sehr vorteilhaft ist, es ist nicht absolut. Wenn wir sicherstellen können, dass sie vollständig vor äußeren Störungen abgeschirmt sind, dann müssen wir keine starke Kupplung verwenden, um Interferenzschutz zu erreichen. Und der Zweck der Unterdrückung des EWI. Wie können wir eine gute Isolierung und Abschirmung von Differentialspuren sicherstellen? Das Vergrößern des Abstandes mit anderen Signalspuren ist eine der grundlegendsten Möglichkeiten. Die elektromagnetische Feldenergie nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Allgemein, wenn der Zeilenabstand das Vierfache der Zeilenbreite überschreitet, die Interferenz zwischen ihnen ist extrem schwach. Kann ignoriert werden. Darüber hinaus, Isolierung durch die Bodenebene kann auch einen guten Abschirmungseffekt spielen. This structure is often used in high-frequency (above 10G) IC package PCB-Design. Es wird eine CPW-Struktur genannt, die strenge Differenzimpedanz gewährleisten kann. Control (2Z0).

Differentialspuren können auch in verschiedenen Signalschichten verlaufen, aber diese Methode wird im Allgemeinen nicht empfohlen, weil die Unterschiede in Impedanz und Durchkontaktierungen, die von verschiedenen Schichten produziert werden, den Effekt der Differentialmodusübertragung zerstören und Gleichtaktrauschen einführen. Darüber hinaus, wenn die beiden benachbarten Schichten nicht fest miteinander verbunden sind, Es verringert die Fähigkeit der Differenzspur, Rauschen zu widerstehen, aber wenn Sie einen angemessenen Abstand zu den umliegenden Spuren halten können, Übersprechen ist kein Problem. At general frequencies (below GHz), Das EWI wird kein ernstes Problem sein. Experimente haben gezeigt, dass die Dämpfung der abgestrahlten Energie in einem Abstand von 500 Mio. von der Differentialspur 60dB bei einem Abstand von 3 Metern erreicht hat, die ausreicht, um den FCC-Standard für elektromagnetische Strahlung zu erfüllen, So muss sich der Konstrukteur nicht zu sehr um die elektromagnetische Inkompatibilität kümmern, die durch unzureichende Differentialkopplung verursacht wird.

Das obige ist eine Einführung in häufige Missverständnisse im PCB Differential Signal Design. Ipcb wird auch für Leiterplattenhersteller und Leiterplattenherstellungstechnologie.