Technologie PCB - Erreur de conception de signal différentiel PCBA

Dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, l'application du signal différentiel (DIF Differential Signal) est de plus en plus répandue et les signaux les plus critiques dans les circuits ont tendance à être conçus avec une structure différentielle.

Pourquoi est - ce arrivé? Comparé au routage de signal simple extrémité ordinaire, le signal différentiel présente les avantages d'une forte capacité anti - interférence, d'une suppression efficace de l'EMI, d'un positionnement temporel précis et d'autres avantages.

Exigences de câblage PCB de signal différentiel

Sur une carte, une trace différentielle doit être deux lignes de longueur égale, de largeur égale, proches et au même niveau.

Isométrie:

Des longueurs égales signifient que les deux lignes doivent être aussi longues que possible pour que les deux signaux différentiels conservent toujours des polarités opposées. Réduire les composants de mode commun.

égale largeur, égale distance:

Une largeur égale signifie que les largeurs de trace des deux signaux doivent rester identiques, tandis qu'une distance égale signifie que l'espacement entre les deux lignes doit rester constant et parallèle.

Variation minimale de l'impédance:

Lors de la conception d'un PCB avec un signal différentiel, l'une des choses les plus importantes est de déterminer l'impédance cible de l'application, puis de planifier la paire différentielle en conséquence. De plus, les variations d'impédance sont maintenues aussi faibles que possible. L'impédance de la ligne différentielle dépend de facteurs tels que la largeur de la piste, le couplage de la piste, l'épaisseur du cuivre, le matériau du PCB et l'empilement. Pensez à chacun d'eux lorsque vous essayez d'éviter tout ce qui change l'impédance d'une paire différentielle.

Erreurs courantes

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On considère que les signaux différentiels n'ont pas besoin d'un plan de masse comme chemin de retour, ou que les traces différentielles se fournissent mutuellement un chemin de retour.

La raison de ce malentendu est qu'ils sont confondus avec des phénomènes de surface ou que les mécanismes de transmission de signaux à grande vitesse ne sont pas assez profonds. Le circuit différentiel est insensible aux signaux de terre et autres bruits similaires qui peuvent être présents sur les plans d'alimentation et de masse. L'élimination partielle de retour du plan de masse ne signifie pas que le circuit différentiel n'utilise pas le plan de référence comme chemin de retour du signal. En effet, dans l'analyse de retour de signal, le mécanisme de la ligne de distribution différentielle et du câblage simple d'extrémité ordinaire est le même, c'est - à - dire que le signal haute fréquence est toujours renvoyé le long de la boucle où l'inductance est minimale. La grande différence est que les lignes différentielles ont un couplage mutuel en plus du couplage à la masse. Quel couplage est fort et quel couplage devient le chemin de retour principal.

Dans la conception de circuits PCB, le couplage entre les traces différentielles est généralement faible, ne représentant généralement que 10 à 20% du degré de couplage, et plus un couplage à la masse, de sorte que le chemin de retour principal sur les traces différentielles reste présent sur le plan de masse. Lorsqu'il y a discontinuité dans le plan de masse, le couplage entre les traces différentielles dans la zone sans plan de référence fournira une voie de retour principale, bien que la discontinuité dans le plan de référence n'ait pas d'effet sur les traces différentielles sur les traces simples d'extrémité, ce qui est grave, mais diminue néanmoins La qualité du signal différentiel et augmente l'EMI, Cela devrait être évité autant que possible.

En outre, certains concepteurs pensent qu'il est possible de supprimer le plan de référence sous la trace différentielle pour supprimer une partie du signal de mode commun en transmission différentielle. Cependant, cette approche n'est pas souhaitable en théorie. Comment contrôler l'impédance? Ne pas prévoir de boucle d'impédance pour le signal de mode commun conduirait inévitablement à un rayonnement EMI. Cette méthode fait plus de mal que de bien.

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On pense qu'il est plus important de maintenir un espacement égal que de faire correspondre la longueur de la ligne.

Dans la mise en page réelle du PCB, il est souvent impossible de répondre simultanément aux exigences de la conception différentielle. En raison de la présence de facteurs tels que la distribution des broches, les trous excessifs et l'espace de câblage, le but de l'adaptation de la longueur de la ligne doit être atteint par un enroulement approprié, mais il doit en résulter que certaines zones de la paire différentielle ne peuvent pas être parallèles. La règle la plus importante dans la conception des traces différentielles de PCB est la longueur de la ligne de correspondance. D'autres règles peuvent être traitées de manière flexible en fonction des exigences de conception et de l'application pratique.

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On pense que les trajectoires différentielles doivent être très proches.

Garder les traces différentielles proches de rien n'est autre chose que d'améliorer leur couplage, ce qui permet non seulement d'améliorer l'immunité au bruit, mais aussi d'utiliser pleinement la polarité opposée du champ magnétique pour contrer les perturbations électromagnétiques sur le monde extérieur. Bien que cette méthode soit très bénéfique dans la plupart des cas, elle n’est pas absolue. Si nous pouvons nous assurer qu'ils protègent complètement contre les interférences externes, alors nous n'avons pas besoin d'utiliser un couplage fort pour atteindre l'anti - interférence. Et le but de l'inhibition de l'EMI.

Comment assurer une bonne isolation et un blindage des traces différentielles? Augmenter l'espacement avec d'autres traces de signal est l'une des méthodes les plus fondamentales. L'énergie du champ électromagnétique diminue avec le carré de la distance. En général, lorsque l'espacement des lignes dépasse 4 fois la largeur des lignes, les interférences entre elles sont extrêmement faibles. Peut être ignoré.

En outre, l'isolation du plan de masse peut également jouer un bon rôle de blindage. Cette structure est généralement utilisée dans les conceptions de circuits imprimés à haute fréquence (au - dessus de 10g). Il est connu sous le nom de structure CPW et peut assurer une impédance différentielle stricte. Contrôle