L'actualité PCB - Points clés de la conception de PCB par paires différentielles

La transmission de signaux différentiels présente de nombreux avantages par rapport à la transmission de signaux à extrémité unique:

1. Forte capacité anti - interférence, car le couplage entre les deux traces différentielles est très bon. Lorsqu'il y a des interférences bruitées de l'extérieur, elles sont couplées presque simultanément aux deux lignes et l'extrémité réceptrice n'est concernée que par la différence entre les deux signaux, ce qui permet d'éliminer complètement le bruit de mode commun externe;

2. Peut inhiber EMI efficacement. Pour la même raison, les champs électromagnétiques qu'ils rayonnent peuvent s'annuler mutuellement en raison des polarités opposées des deux signaux. Plus le couplage est serré, moins l'énergie électromagnétique est libérée dans le monde extérieur;

3. Positionnement temporel précis. La variation de commutation du signal différentiel étant située à l'intersection des deux signaux, elle est moins influencée par le procédé et la température, contrairement aux signaux mono - terminaux qui dépendent de la tension de seuil haut et de la tension de seuil bas, ce qui permet de réduire les erreurs de synchronisation. Il est également plus adapté à la conception de circuits pour les signaux de faible amplitude.

Pour les ingénieurs PCB, la principale préoccupation est de s'assurer que les avantages du signal différentiel peuvent être pleinement exploités dans le câblage réel. Ceux qui ont été exposés à la conception de PCB comprendront l'exigence générale d'une ligne de distribution différentielle, c'est - à - dire « isométrique». Mais toutes ces règles ne sont pas appliquées mécaniquement, et de nombreux ingénieurs ne semblent pas avoir fait une analyse approfondie de la conception et de la manipulation réelles des paires de lignes différentielles. Ce qui suit se concentrera sur plusieurs points communs dans la conception de PCB de signal différentiel PCB.

1 égale longueur

Des longueurs égales sont prévues pour retarder la transmission des signaux sur chaque ligne de la même manière, afin de s'assurer que les deux signaux différentiels restent toujours de polarités opposées. Toute différence de retard entre les deux lignes de transmission peut faire en sorte qu'une partie du signal différentiel devienne un signal de mode commun, ce qui affecte gravement la qualité du signal.

Les longueurs égales sont destinées à rendre les longueurs de câblage des deux lignes de signal de la paire différentielle aussi identiques que possible. En général, les exigences d'adaptation pour les signaux différentiels à grande vitesse de longueur égale sont de ± 10 mils. Bien sûr, c'est une exigence plus élevée. La valeur réelle peut être calculée en permettant un désalignement du signal (biais, que vous trouverez sur le manuel de la puce) et un retard de transmission du signal (généralement 180 picosecondes par pouce).

En raison de la disposition du dispositif, de la distribution des broches, etc., les lignes différentielles générées par le câblage direct ne sont pas de longueur égale dans la plupart des cas et nécessitent un enroulement manuel. L'enroulement manuel est généralement effectué au niveau des broches de la puce dans le but de réduire la discontinuité d'impédance des paires de lignes différentielles. La figure 1 montre deux méthodes d'enroulement couramment utilisées.

2 équidistance

L'équidistance est destinée à assurer la continuité de l'impédance différentielle entre les paires de lignes différentielles et à réduire la réflexion. L'impédance différentielle est un paramètre important dans la conception des paires différentielles. S'il n'est pas continu, cela affectera l'intégrité du signal. L'impédance différentielle peut être considérée comme l'impédance équivalente de deux lignes de signal à extrémité unique en série. Typiquement, l'impédance équivalente d'une ligne de signal à une extrémité est de 50 îlots, donc en général, l'impédance différentielle doit rester à 100 îlots. L'équidistance est le maintien de l'égalité des distances entre les paires de lignes différentielles (c'est - à - dire le câblage parallèle) pour s'assurer que l'impédance différentielle du logarithme de la ligne différentielle est toujours la même.

L'impédance différentielle est liée à la largeur de ligne de la paire différentielle, à l'espacement des lignes, à l'ordre d'empilement des plaques d'impression, à la constante diélectrique du milieu et à de nombreux autres paramètres. Les fabricants négocient et déterminent conjointement des paramètres tels que l'espacement des lignes. Il est à noter que lorsque le signal différentiel est transféré sur différentes couches du PCB multicouche (en particulier lorsque les couches interne et externe sont câblées), l'espacement des lignes doit être ajusté à temps pour compenser les variations d'impédance caractéristique induites par les variations de la constante diélectrique du support. Les distances inégales ont moins d'effet sur l'intégrité du signal que les longueurs inégales. Lorsque des longueurs égales entrent en conflit avec la règle des distances égales, les longueurs égales doivent d'abord être satisfaites.

Empilement de 3 paires différentielles et plaques d'impression

L'empilement des cartes PCB est étroitement lié au couplage et au blindage des signaux. Il y a un point de vue que les paires de lignes différentielles fournissent des chemins de retour les unes aux autres, de sorte que les signaux différentiels n'ont pas besoin d'un plan de masse comme chemin de retour. C'est une mauvaise compréhension. En général, le couplage entre les traces différentielles est faible, ne représentant généralement que 10 à 20% du degré de couplage, et il s'agit davantage d'un couplage à la masse, de sorte que le trajet principal de retour sur les traces différentielles est toujours présent sur le plan de la masse. Dans la conception de PCB, le signal différentiel doit être adjacent à au moins un plan de masse et, de préférence, les deux côtés sont adjacents au plan de masse. La méthode d'empilement recommandée est illustrée à la figure 2. La qualité du signal diminue séquentiellement de gauche à droite, mais peut répondre aux exigences de base.

Comme pour les lignes à grande vitesse à extrémité unique, les paires différentielles ont également des exigences d'intégrité pour le plan de masse de référence. C'est - à - dire que, sur le trajet parcouru par la paire différentielle, son plan de masse de référence doit être continu et ne peut pas être segmenté, comme représenté sur la figure 3.

4 distance entre la paire différentielle et les autres signaux

Le contrôle de la distance entre la paire de lignes différentielles et les autres signaux peut réduire efficacement les interférences des autres signaux sur le logarithme de la ligne différentielle, en supprimant les interférences électromagnétiques [1]. Nous savons que l'énergie du champ électromagnétique diminue avec le carré de la distance. En général, la distance entre la paire de lignes différentielles et les autres signaux est supérieure à 4 fois la largeur de la ligne différentielle ou 3 fois la distance entre les paires de lignes différentielles, selon la plus grande des deux. L'effet du temps est très faible et largement négligeable. La formule est la suivante:

Lorsque l > 4w et l > 3D,

Où l: distance entre la paire de lignes différentielles et les autres signaux; W: largeur de ligne de la ligne différentielle; D: espacement des lignes des paires de lignes différentielles.

Les autres signaux comprennent ici d'autres lignes de différence, des lignes d'extrémité unique, des plans de signal, etc. en même temps, la distance entre les bords d'une paire de lignes de différence et son plan de référence doit également être calculée de la manière décrite ci - dessus. Le but est d'assurer la symétrie des deux lignes différentielles et de réduire le bruit de mode commun.

Terminaison de 5 paires différentielles

Augmenter la résistance de terminaison sur une paire de lignes différentielles est un moyen efficace de garantir l'adaptation d'impédance de la ligne de transmission différentielle. Le contrôle de la résistance d'adaptation du terminal doit être basé sur différentes interfaces de niveau logique, sélectionnant le réseau de résistance approprié et la charge parallèle pour atteindre le but de l'adaptation d'impédance.

Actuellement, les signaux différentiels les plus couramment utilisés sont LVDS et LVPECL. La méthode de terminaison de ces deux signaux est décrite ci - après.

(1) signaux LVDS

Le LVDS est une technologie de signal différentiel à faible amplitude pendulaire dont le taux de transmission est généralement supérieur à quelques centaines de MB / S. le conducteur du signal LVDS est constitué d'une source de courant qui pilote la ligne différentielle, typiquement avec un courant de 3,5 ma. La résistance terminale n'a généralement besoin d'être connectée qu'Au milieu des signaux positifs et négatifs.

(2) signaux LVPECL

Le signal de niveau LVPECL est également l'un des niveaux de signal différentiel adaptés à la transmission à grande vitesse, dont le taux de transmission peut atteindre 1 GB / S. Chacun de ses signaux monocanal a un potentiel continu inférieur de 2 V à la tension de commande du signal. Ainsi, lors de l'application d'une adaptation de borne, la résistance ne peut pas être connectée entre une ligne différentielle positive et une ligne différentielle négative, mais chaque canal ne peut être qu'une seule adaptation de borne, Comme le montre la figure 6.

Il est important de noter que, avec le développement de la microélectronique, de nombreux fabricants de circuits imprimés ont été en mesure de créer des résistances adaptées aux terminaux (qui peuvent être trouvées dans le manuel de la puce) à l'intérieur de l'appareil pour réduire le travail des concepteurs de circuits imprimés. À ce stade, il ne peut plus être arrêté, sinon cela affectera la qualité du signal.

6 autres questions à surveiller

Lors de la conception de PCB de paires différentielles, il convient également de prêter attention aux problèmes suivants: minimiser l'utilisation de pores et d'autres facteurs qui entraînent une discontinuité d'impédance; N'utilisez pas de ligne de pliage à 90°, vous pouvez la remplacer par un arc ou une ligne de pliage à 45°; Si nécessaire, utiliser des plans de masse distincts pour isoler les paires de lignes différentielles afin d'éviter la diaphonie entre elles;

Ne vous assurez pas seulement que la longueur totale de la piste est égale, mais essayez également de vous assurer que chaque segment de la piste est égal (pour les discontinuités d'impédance, telles que les prises); Si ce n'est pas nécessaire, essayez de ne pas ajouter de plots de test sur la ligne différentielle.