Notizie PCB - Punti principali di progettazione PCB per coppia differenziale

La trasmissione differenziale del segnale ha molti vantaggi rispetto alla trasmissione del segnale monoterminale:

1. forte capacità anti-interferenza, perché l'accoppiamento tra le due tracce differenziali è molto buono. Quando c'è interferenza di rumore dall'esterno, sono quasi accoppiati alle due linee allo stesso tempo e l'estremità ricevente è interessata solo alla differenza tra i due segnali, quindi il rumore esterno in modalità comune può essere completamente cancellato;

2. Può efficacemente sopprimere l'IME. Per lo stesso motivo, poiché le polarità dei due segnali sono opposte, i campi elettromagnetici da essi irradiati possono annullarsi a vicenda. Più stretto è l'accoppiamento, minore è l'energia elettromagnetica ventilata al mondo esterno;

3. Il posizionamento temporale è accurato. Poiché il cambiamento dell'interruttore del segnale differenziale si trova all'intersezione dei due segnali, a differenza del segnale monoterminale, che dipende dalle tensioni di soglia alte e basse, è meno influenzato dal processo e dalla temperatura, che possono ridurre l'errore nella temporizzazione. È anche più adatto per la progettazione del circuito di segnali a bassa ampiezza.

Per gli ingegneri PCB, la preoccupazione più grande è come garantire che i vantaggi dei segnali differenziali possano essere pienamente utilizzati nel cablaggio effettivo.Chiunque sia stato esposto alla progettazione PCB comprenderà i requisiti generali del cablaggio differenziale, cioè "uguale lunghezza e uguale distanza". Ma tutte queste regole non sono utilizzate per applicare meccanicamente, e molti ingegneri sembrano non aver fatto un'analisi approfondita della progettazione e dell'elaborazione effettiva delle coppie di linee differenziali. Quanto segue si concentrerà sulla discussione di diversi punti comuni nella progettazione PCB differenziale del segnale PCB.

1 lunghezza uguale

La lunghezza uguale è quella di rendere il ritardo di trasmissione del segnale su ogni linea lo stesso, per garantire che i due segnali differenziali mantengano sempre la polarità opposta. Qualsiasi differenza di ritardo tra le due linee di trasmissione farà sì che parte del segnale differenziale diventi un segnale di modalità comune, che influenzerà seriamente la qualità del segnale.

La lunghezza uguale è quella di rendere la lunghezza del cablaggio delle due linee di segnale della coppia differenziale la stessa possibile. Generalmente, il requisito di corrispondenza per segnali differenziali ad alta velocità con uguale lunghezza è all'interno di ±10 mil. Naturalmente, questo è un requisito più elevato. Il valore reale può essere calcolato consentendo il disallineamento del segnale (skew, che può essere trovato sul manuale del chip) e il ritardo della trasmissione del segnale (generalmente 180 picosecondi per pollice).

A causa del layout del dispositivo, della distribuzione dei pin, ecc., le linee differenziali generate dal cablaggio diretto non sono della stessa lunghezza nella maggior parte dei casi, il che richiede l'avvolgimento manuale. L'avvolgimento manuale è solitamente effettuato ai pin del chip, lo scopo è quello di ridurre la discontinuità di impedenza della coppia di linee differenziali. La figura 1 mostra due metodi di avvolgimento comunemente usati.

2 Isometrica

L'equidistanza è quella di garantire la continuità dell'impedenza differenziale tra le coppie di linee differenziali e ridurre la riflessione. L'impedenza differenziale è un parametro importante per la progettazione di una coppia differenziale. Se non è continuo, influenzerà l'integrità del segnale. L'impedenza differenziale può essere considerata come l'impedenza equivalente di due linee di segnale monoterminale in serie. Di solito l'impedenza equivalente di una linea di segnale monoterminale è 50 Ω, quindi in generale, l'impedenza differenziale dovrebbe essere mantenuta a 100 Ω. Equidistance è mantenere uguale la distanza tra le coppie di linee differenziali (cioè, percorso parallelo) per garantire che l'impedenza differenziale della coppia di linee differenziali non cambi completamente.

L'impedenza differenziale è correlata alla larghezza di linea della coppia di linee differenziali, alla spaziatura di linea, all'ordine di impilamento stampato del bordo, alla costante dielettrica del mezzo e a molti altri parametri. I produttori negoziano e determinano congiuntamente parametri come la spaziatura delle linee. Vale la pena notare che quando un segnale differenziale viene trasmesso su diversi strati di un PCB multistrato (soprattutto quando gli strati interni ed esterni sono instradati), la distanza tra le linee deve essere regolata in tempo per compensare il cambiamento caratteristico di impedenza causato dal cambiamento della costante dielettrica del mezzo. Rispetto alla lunghezza disuguale, distanza disuguale ha meno influenza sull'integrità del segnale. Quando la lunghezza uguale è in conflitto con la regola della distanza uguale, la lunghezza uguale deve essere soddisfatta prima.

3 Impilazione della coppia differenziale e del bordo stampato

L'impilamento della scheda PCB è strettamente correlato all'accoppiamento del segnale e alla schermatura. C'è un punto di vista che le coppie di linee differenziali forniscono un percorso di ritorno l'uno per l'altro, quindi i segnali differenziali non hanno bisogno di un piano di terra come percorso di ritorno. Questa è una comprensione sbagliata. Generalmente, l'accoppiamento tra tracce differenziali è piccolo, spesso rappresenta solo il 10% al 20% del grado di accoppiamento, e più è l'accoppiamento al suolo, quindi il percorso principale di ritorno della traccia differenziale esiste ancora sul piano di terra. Nella progettazione PCB, i segnali differenziali devono essere adiacenti ad almeno un piano di terra ed è meglio che entrambi i lati siano adiacenti al piano di terra. Il metodo di impilamento raccomandato è mostrato nella Figura 2. La qualità del segnale diminuisce da sinistra a destra, ma può soddisfare i requisiti di base.

Come le linee monoterminali ad alta velocità, anche le coppie differenziali hanno requisiti di integrità per il piano di terra di riferimento. Cioè, sul percorso che attraversa la coppia differenziale, il suo piano di riferimento deve essere continuo e non può essere diviso, come mostrato nella figura 3.

4 La distanza tra la coppia differenziale e altri segnali

Il controllo della distanza tra la coppia di linee differenziali e altri segnali può ridurre efficacemente l'interferenza di altri segnali sulla coppia di linee differenziali e sopprimere l'EMI [1]. Sappiamo che l'energia del campo elettromagnetico diminuisce con il quadrato della distanza. Generalmente, la distanza tra la coppia di linee differenziali e altri segnali è maggiore di 4 volte la larghezza della linea differenziale o di 3 volte la distanza tra le coppie di linee differenziali (a seconda di quale sia maggiore), a seconda di quale sia maggiore. L'influenza del tempo è estremamente debole e può fondamentalmente essere ignorata. La formula è la seguente:

L>4w e L> 3d,

Tra questi, L: la distanza tra la coppia di linee differenziali e altri segnali; w: larghezza della linea differenziale; d: la spaziatura della coppia di linee differenziali.

Qui, altri segnali includono altre linee differenziali, linee monoterminali, piani di segnale, ecc. Allo stesso tempo, anche la distanza tra la coppia di linee differenziali e il bordo del suo piano di riferimento dovrebbe essere calcolata nel modo sopra indicato. Lo scopo di questo è garantire la simmetria delle due linee differenziali e ridurre il rumore in modalità comune.

5 Interruzione della coppia differenziale

L'aggiunta della resistenza di terminazione alla coppia di linee differenziali è un modo efficace per garantire la corrispondenza dell'impedenza della linea di trasmissione differenziale. Il controllo della resistenza di corrispondenza del terminale dovrebbe essere basato su diverse interfacce di livello logico, per selezionare una rete di resistenza appropriata e il carico in parallelo, al fine di raggiungere lo scopo di corrispondenza dell'impedenza.

Attualmente, i segnali differenziali più comunemente usati sono LVDS e LVPECL. Di seguito vengono descritti i metodi di terminazione di questi due segnali.

(1) Segnale LVDS

LVDS è una tecnologia del segnale differenziale a basso swing e la sua velocità di trasmissione è generalmente superiore a diverse centinaia di Mb/s. Il driver del segnale LVDS è costituito da una sorgente di corrente che guida la linea differenziale, di solito con una corrente di 3,5 mA. Le resistenze di terminazione generalmente devono essere collegate solo attraverso il mezzo dei segnali positivi e negativi.

(2) Segnale LVPECL

Il segnale di livello LVPECL è anche uno dei livelli differenziali di segnale adatti per la trasmissione ad alta velocità e la sua velocità di trasmissione può raggiungere 1 Gb/s. Ciascuno dei suoi segnali monocanale ha un potenziale DC che è 2 V inferiore alla tensione di trasmissione del segnale. Pertanto, quando si applica la corrispondenza terminale, le resistenze non possono essere collegate tra le linee differenziali positive e negative, ma ogni canale può essere solo la corrispondenza monoterminale., Come mostrato nella figura 6.

Va notato che, con lo sviluppo della tecnologia microelettronica, molti produttori di PCB di dispositivi sono stati in grado di fare la resistenza di corrispondenza del terminale all'interno del dispositivo (puoi trovarlo nel manuale del chip) per ridurre il lavoro dei progettisti di PCB. In questo momento, non può più essere terminato, altrimenti influenzerà la qualità del segnale.

6 Altre questioni a cui prestare attenzione

Quando si progetta il PCB della coppia differenziale, si dovrebbe anche prestare attenzione ai seguenti problemi: cercare di ridurre l'uso di vias e altri fattori che causano discontinuità di impedenza; non utilizzare linee di piega 90°, possono essere sostituite da archi o linee di piega 45°; se necessario, utilizzare l'isolamento del piano di terra diverso tra coppie di linee differenziali per evitare la conversazione incrociata tra loro;

Non solo assicurarsi che la lunghezza totale della traccia sia uguale, ma cercare di assicurarsi che ogni segmento della traccia sia uguale (per discontinuità di impedenza, come prese); se non necessario, cercare di non aggiungere pastiglie di prova sulla linea differenziale.