Noticias de PCB - Puntos clave del diseño de PCB de par diferencial

En comparación con la transmisión de señal de un solo extremo, la transmisión de señal diferencial tiene muchas ventajas:

1. fuerte capacidad antiinterferencia porque el acoplamiento entre los dos rastros diferenciales es muy bueno. Cuando hay interferencia acústica del exterior, se acoplan casi simultáneamente a dos líneas, mientras que el extremo receptor solo se preocupa por la diferencia entre las dos señales, por lo que el ruido de modo común externo se puede eliminar por completo;

2. puede inhibir eficazmente el emi. Por la misma razón, debido a las polaridades opuestas de las dos señales, los campos magnéticos que irradian pueden compensarse entre sí. Cuanto más estrecho sea el acoplamiento, menor será la energía electromagnética liberada al mundo exterior;

3. posicionamiento cronológico preciso. Debido a que la variación del interruptor de la señal diferencial se encuentra en el punto de cruce de las dos señales, a diferencia de las señales de un solo extremo que dependen de la tensión umbral alta y la tensión umbral baja, se ve menos afectada por el proceso y la temperatura, lo que puede reducir los errores en la cronología. También es más adecuado para el diseño de circuitos de señales de baja amplitud.

Para los ingenieros de pcb, la mayor preocupación es cómo garantizar que las ventajas de las señales diferenciales se aprovechen al máximo en el cableado real. cualquier persona que haya estado en contacto con el diseño de PCB comprenderá los requisitos generales de la línea de distribución diferencial, es decir, "equidistancia". Pero todas estas reglas no se utilizan para aplicaciones mecánicas, y muchos ingenieros no parecen haber analizado en profundidad el diseño real y el procesamiento de los pares de líneas diferenciales. A continuación, se centrará en varios puntos en común en el diseño de PCB de señal diferencial de pcb.

1 igual de largo

La misma longitud es para que el retraso en la transmisión de la señal en cada línea sea el mismo, asegurando que las dos señales diferenciales siempre mantengan la polo opuesta. Cualquier diferencia de retraso entre las dos líneas de transmisión hará que algunas señales diferenciales se conviertan en señales de modo común, lo que afectará seriamente la calidad de la señal.

La longitud igual es para que las dos líneas de señal del par diferencial tengan la misma longitud de cableado posible. En general, los requisitos de coincidencia de señales diferenciales de alta velocidad con la misma longitud están dentro de ± 10 milímetros. Por supuesto, este es un requisito más alto. Los valores reales se pueden calcular permitiendo desajustes de señales (desviaciones, que se pueden encontrar en el Manual del chip) y retrasos en la transmisión de señales (generalmente 180 picosegundos por pulgada).

Debido al diseño del dispositivo, la distribución de los pines y otras razones, la longitud de los cables diferenciales generados por el cableado directo es desigual en la mayoría de los casos, lo que requiere un devanado manual. El devanado manual se realiza generalmente en el pin del chip, con el objetivo de reducir la discontinuidad de resistencia de los pares de líneas diferenciales. La figura 1 muestra dos métodos comunes de devanado.

2 equidistancia

La equidistancia es para garantizar la continuidad de la resistencia diferencial entre los pares de líneas diferenciales y reducir la reflexión. La resistencia diferencial es un parámetro importante para el diseño de pares diferenciales. Si no es continuo, afectará la integridad de la señal. La resistencia diferencial puede considerarse como la resistencia equivalente de dos líneas de señal de un solo extremo conectadas en serie. Por lo general, la resistencia equivalente de la línea de señal de un solo extremo es de 50, por lo que en general, la resistencia diferencial debe mantenerse en 100. La equidistancia se refiere a mantener la distancia igual entre los pares de líneas diferenciales (es decir, cableado paralelo) para garantizar que la resistencia diferencial de los pares de líneas diferenciales siempre se mantenga sin cambios.

La resistencia diferencial está relacionada con muchos parámetros, como el ancho de la línea del par diferencial, el espaciamiento de la línea, el orden de apilamiento de la placa impresa y la constante dieléctrica del medio. Los fabricantes negocian y determinan conjuntamente parámetros como el espaciamiento de las líneas. Cabe señalar que cuando la señal diferencial se carga y transmite en diferentes capas del PCB multicapa (especialmente cuando el cableado interior y exterior), el espaciamiento de las líneas debe ajustarse a tiempo para compensar los cambios en la resistencia característica causados por los cambios en la constante dieléctrica. En comparación con la longitud desigual, la distancia desigual tiene un menor impacto en la integridad de la señal. Cuando la longitud igual entra en conflicto con la regla de distancia igual, primero se debe cumplir la longitud igual.

Apilamiento de 3 pares diferenciales con placas impresas

La apilamiento de las placas de PCB está estrechamente relacionada con el acoplamiento y el blindaje de las señales. Hay una opinión de que los pares de líneas diferenciales se proporcionan rutas de retorno entre sí, por lo que las señales diferenciales no necesitan un plano de tierra como ruta de retorno. Es una comprensión errónea. Por lo general, el acoplamiento entre las trazas diferenciales es pequeño, generalmente solo representa entre el 10% y el 20% del grado de acoplamiento, más acoplamiento a la tierra, por lo que la ruta principal de retorno de las trazas diferenciales todavía existe en el plano terrestre. En el diseño de pcb, la señal diferencial debe estar adyacente a al menos un plano de tierra, y es mejor que ambos lados estén adyacentes al plano de tierra. El método de apilamiento recomendado se muestra en la figura 2. La calidad de la señal disminuye de izquierda a derecha, pero puede cumplir con los requisitos básicos.

Al igual que las líneas de un solo extremo de alta velocidad, los pares diferenciales también tienen requisitos de integridad para el plano de tierra de referencia. Es decir, en el camino por el que pasa el par diferencial, su plano de tierra de referencia debe ser continuo e indivisible, como se muestra en la figura 3.

Distancia entre 4 pares diferenciales y otras señales

Controlar la distancia entre los pares de líneas diferenciales y otras señales puede reducir efectivamente la interferencia de otras señales con los pares de líneas diferenciales y inhibir el EMI [1]. Sabemos que la energía del campo electromagnético disminuye con el cuadrado de la distancia. Por lo general, la distancia entre el par diferencial y otras señales es mayor de 4 veces el ancho del par diferencial o 3 veces la distancia entre el par diferencial (el mayor prevalecerá), principalmente el mayor. El impacto del tiempo es extremadamente débil y básicamente insignificante. La fórmula es la siguiente:

Cuando l > 4w y L > 3d,

Entre ellos, l: la distancia entre el par diferencial y otras señales; W: ancho de línea de la línea diferencial; D: distancia entre líneas de los pares de líneas diferenciales.

Aquí, otras señales incluyen otras líneas diferenciales, líneas de un solo extremo, planos de señal, etc. al mismo tiempo, la distancia entre el par diferencial y el borde de su plano de referencia también debe calcularse de la manera anterior. El objetivo es garantizar la simetría de las dos líneas diferenciales y reducir el ruido de modo común.

Conexión final de 5 pares diferenciales

Aumentar la resistencia de terminación en el par de líneas diferenciales es una forma efectiva de garantizar la coincidencia de resistencia de la línea de transmisión diferencial. El control de la resistencia de emparejamiento del terminal debe basarse en diferentes interfaces de nivel lógico, seleccionando una red de resistencia adecuada y una carga paralela para lograr el propósito de emparejamiento de resistencia.

En la actualidad, las señales diferenciales más utilizadas son LVDS y lvpecl. A continuación se describe el método de terminación de estas dos señales.

(1) señal LVDS

LVDS es una tecnología de señal diferencial de baja amplitud de oscilación, cuya velocidad de transmisión es generalmente superior a cientos de MB / S. El conductor de la señal LVDS está compuesto por una fuente de corriente que impulsa la línea diferencial, generalmente de 3,5 Ma. las resistencias terminales generalmente solo necesitan estar conectadas entre la señal positiva y la negativa.

(2) señal lvpecl

La señal de nivel lvpecl es también uno de los niveles de señal diferencial adecuados para la transmisión de alta velocidad y su velocidad de transmisión puede alcanzar 1 GB / S. cada una de sus señales de un solo canal tiene un potencial DC de 2 V menos que el voltaje de conducción de la señal. Por lo tanto, cuando se aplica la coincidencia de terminales, la resistencia no se puede conectar entre la línea diferencial positiva y la línea diferencial negativa, pero cada canal solo puede ser una coincidencia de un solo extremo. Como se muestra en la figura 6.

Cabe señalar que con el desarrollo de la microelectrónica, muchos fabricantes de PCB de equipos han sido capaces de hacer resistencias de emparejamiento de terminales en el interior del equipo (que se pueden encontrar en el Manual del chip) para reducir el trabajo de los diseñadores de pcb. En este momento, ya no se puede terminar, de lo contrario afectará la calidad de la señal.

6 otras cuestiones a las que hay que prestar atención

Al diseñar los PCB de pares diferenciales, también se deben prestar atención a los siguientes problemas: minimizar el uso de agujeros y otros factores que causan inconsistencias de resistencia; No use una línea rota de 90 °, puede reemplazarla por un arco o una línea rota de 45 °; Si es necesario, utilizar diferentes planos de tierra para aislar entre pares diferenciales para evitar conversaciones cruzadas entre sí;

No solo hay que garantizar que la longitud total del rastro sea igual, sino también tratar de garantizar que cada sección del rastro sea igual (para la discontinuidad de resistencia, como el enchufe); Si no es necesario, trate de no agregar almohadillas de prueba a la línea diferencial.