Leiterplattentechnisch - Das Missverständnis des PCBA Differenzsignaldesigns

Im Hochgeschwindigkeitsbereich PCB-Design, the application of differential signal (DIFferential Signal) is becoming more und more extensive, und das kritischste Signal in der Schaltung ist oft mit einer Differentialstruktur ausgelegt.

Warum ist es so? Verglichen mit gewöhnlicher einseitiger Signalführung haben Differenzsignale die Vorteile einer starken Störfestigkeit, einer effektiven Unterdrückung von EMI und einer präzisen Timing-Positionierung.

Differenzsignal Leiterplattenverdrahtung Anforderungen

Auf der Leiterplatte müssen die Differentialspuren zwei Linien von gleicher Länge, gleicher Breite, Nähe und auf der gleichen Ebene sein.

Isometrisch:

Gleiche Länge bedeutet, dass die Länge der beiden Linien so lang wie möglich sein sollte, um sicherzustellen, dass die beiden Differenzsignale jederzeit entgegengesetzte Polaritäten beibehalten. Gleichtaktkomponenten reduzieren.

Gleiche Breite, gleicher Abstand:

Gleiche Breite bedeutet, dass die Spurbreiten der beiden Signale gleich gehalten werden müssen, und gleicher Abstand bedeutet, dass der Abstand zwischen den beiden Linien konstant und parallel gehalten werden sollte.

Minimale Impedanzänderung:

Beim Design einer Leiterplatte mit Differenzsignalen, Eines der wichtigsten Dinge ist, die Zielimpedanz der Anwendung herauszufinden, und dann die Differenzpaare entsprechend planen. Darüber hinaus, die Impedanzänderung so gering wie möglich halten. Die Impedanz der Differenzlinie hängt von Faktoren wie der Spurbreite ab, Spurenkopplung, Kupferdicke, and Leiterplattenmaterial und stapeln. Wenn Sie versuchen, etwas zu vermeiden, das die Impedanz eines Differentialpaars ändert, Betrachten Sie jeden von ihnen.

Häufige Fehler

01 Missverständnis 1

Es wird davon ausgegangen, dass das Differenzsignal keine Erdungsebene als Rückweg benötigt, oder dass die Differentialspuren einen Rückweg füreinander bereitstellen.

Der Grund für dieses Missverständnis ist, dass sie durch oberflächliche Phänomene verwirrt werden oder der Mechanismus der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung nicht tief genug ist. Differentialschaltungen sind unempfindlich gegenüber ähnlichen Erdungs- und anderen Rauschsignalen, die auf der Leistungs- und Erdungsebene vorhanden sein können. Die partielle Rücklaufaufhebung der Masseebene bedeutet nicht, dass der Differenzkreis die Referenzebene nicht als Signalrücklaufweg verwendet. Tatsächlich ist bei der Signalrücklaufanalyse der Mechanismus der Differenzverdrahtung und der gewöhnlichen einseitigen Verdrahtung derselbe, d.h. Hochfrequenzsignale werden immer entlang der Schleife mit der kleinsten Induktivität nachgeführt. Der größte Unterschied besteht darin, dass neben der Kopplung zum Boden die Differenziallinie auch gegenseitige Kopplung aufweist. Welche Art von Kopplung ist stark und welche wird zum Hauptrückweg.

Im PCB-Schaltungsdesign ist die Kopplung zwischen Differentialspuren im Allgemeinen klein, oft nur für 10-20% des Kopplungsgrades, und mehr ist die Kopplung mit der Masse, so dass der Hauptrücklaufpfad der Differentialspure immer noch auf der Masseebene existiert. Die Kopplung zwischen den Differentialspuren im Bereich ohne Bezugsebene stellt den Hauptrücklaufweg zur Verfügung, obwohl die Diskontinuität der Bezugsebene keinen Einfluss auf die Differentialspuren auf den gewöhnlichen einseitigen Spuren hat. Es ist ernst, aber es wird immer noch die Qualität des Differenzsignals verringern und EMI erhöhen, die so weit wie möglich vermieden werden sollten.

Darüber hinaus glauben einige Designer, dass die Referenzebene unter der Differentialspur entfernt werden kann, um einen Teil des Gleichtaktsignals in der Differentialstrecke zu unterdrücken. Dieser Ansatz ist jedoch in der Theorie nicht wünschenswert. Wie steuert man die Impedanz? Das Fehlen von Impedanzschleifen für Gleichtaktsignale verursacht zwangsläufig EMI-Strahlung. Dieser Ansatz schadet mehr als nützt.

02 Missverständnis 2

Es wird angenommen, dass der gleiche Abstand wichtiger ist als die Übereinstimmung mit der Linienlänge.

Im eigentlichen PCB-Layout ist es oft nicht möglich, die Anforderungen an das Differentialdesign gleichzeitig zu erfüllen. Aufgrund der Existenz von Faktoren wie Pin-Verteilung, Durchkontaktierungen und Verdrahtungsraum muss der Zweck der Linienlängenanpassung durch eine ordnungsgemäße Wicklung erreicht werden, aber das Ergebnis muss sein, dass einige Bereiche des Differenzialpaares nicht parallel sein können. Die wichtigste Regel beim Design von PCB-Differenzspuren ist die passende Linienlänge. Andere Regeln können je nach Konstruktionsanforderungen und tatsächlichen Anwendungen flexibel gehandhabt werden.

03 Missverständnis Drei

Es wird angenommen, dass die differentiellen Spuren sehr nah sein müssen.

Die Nähe der Differentialspuren zu halten, ist nichts anderes als ihre Kopplung zu verbessern, was nicht nur die Störfestigkeit verbessern kann, sondern auch die entgegengesetzte Polarität des Magnetfeldes voll ausnutzen kann, um elektromagnetische Störungen nach außen auszugleichen. Obwohl dieser Ansatz in den meisten Fällen sehr vorteilhaft ist, ist er nicht absolut. Wenn wir sicherstellen können, dass sie vollständig von externen Störungen abgeschirmt sind, müssen wir keine starke Kupplung verwenden, um Interferenzschutz zu erzielen. Und der Zweck, EMI zu unterdrücken.

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. Im Allgemeinen ist die Interferenz zwischen ihnen extrem schwach, wenn der Linienabstand das Vierfache der Linienbreite überschreitet. Kann ignoriert werden.

Darüber hinaus, Isolierung durch die Bodenebene kann auch eine gute Abschirmrolle 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. Steuerung.