Notizie PCB - Come i principianti del layout PCB capiscono i segnali differenziali

Cos'è un segnale differenziale? In termini laici, l'estremità motrice invia due segnali uguali e invertiti, e l'estremità ricevente giudica lo stato logico "0" o "1" confrontando la differenza tra le due tensioni. La coppia di fili che trasportano il segnale differenziale è chiamata cavo differenziale. Come calcolare l'impedenza della linea differenziale? L'impedenza di vari segnali differenziali è diversa, come USB D + D-, l'impedenza della linea differenziale è 90ohm e la linea differenziale 1394 è 110ohm. È meglio leggere prima le specifiche o le informazioni correlate. Esistono molti strumenti per calcolare l'impedenza, come il Polar si9000. I fattori che influenzano l'impedenza differenziale sono la larghezza della linea, la spaziatura differenziale, la costante dielettrica e lo spessore del mezzo (lo spessore del mezzo tra la linea differenziale e il piano di riferimento). Generalmente, è per regolare la differenza. La spaziatura e la larghezza della linea sono utilizzate per controllare l'impedenza differenziale. Quando si realizza la scheda, si dovrebbe anche spiegare al produttore di PCB quali linee dovrebbero controllare l'impedenza. Un segnale differenziale utilizza un valore numerico per rappresentare la differenza tra due grandezze fisiche. In senso stretto, tutti i segnali di tensione sono differenziali, perché una tensione può essere solo relativa a un'altra tensione. In alcuni sistemi, il sistema "terra" viene utilizzato come punto di riferimento della tensione. Quando 'terra' è utilizzato come riferimento di misurazione della tensione, questa pianificazione del segnale è chiamata single-end. Usiamo questo termine perché il segnale è rappresentato dalla tensione su un singolo conduttore.

Per gli ingegneri PCB LAYOUT, la preoccupazione più grande è come garantire che questi vantaggi del cablaggio differenziale possano essere pienamente utilizzati nel cablaggio effettivo. Forse chiunque sia stato in contatto con Layout capirà i requisiti generali del cablaggio differenziale. Il design del PCB è "uguale lunghezza e uguale distanza". La lunghezza uguale è quella di garantire che i due segnali differenziali mantengano sempre polarità opposte e riducano la componente del modo comune; la distanza uguale è principalmente per garantire che le impedenze differenziali dei due siano coerenti e ridurre la riflessione. "Il più vicino possibile" è a volte uno dei requisiti del cablaggio differenziale. Le tracce differenziali possono anche funzionare in diversi livelli di segnale, ma questo metodo generalmente non è raccomandato, perché le differenze di impedenza e vias prodotte da diversi strati distruggeranno l'effetto della trasmissione in modo differenziale e introdurranno rumore in modo comune. Inoltre, se i due strati adiacenti non sono strettamente accoppiati, ridurrà la capacità della traccia differenziale di resistere al rumore, ma se è possibile mantenere una distanza adeguata dalle tracce circostanti, il crosstalk non è un problema. Alle frequenze generali (al di sotto di GHz), l'IME non sarà un problema serio. Gli esperimenti dimostrano che l'attenuazione dell'energia irradiata ad una distanza di 500 mil da una traccia differenziale ha raggiunto 60 dB ad una distanza di 3 metri, che è sufficiente per soddisfare lo standard FCC di radiazione elettromagnetica. Il progettista non deve preoccuparsi troppo dell'incompatibilità elettromagnetica causata dall'insufficiente accoppiamento differenziale della linea. Ma tutte queste regole non sono usate per applicarsi meccanicamente e molti ingegneri sembrano ancora non capire l'essenza della trasmissione differenziale del segnale ad alta velocità. Quanto segue si concentra su diversi malintesi comuni nella progettazione del segnale differenziale della scheda PCB.

ritiene che la traccia differenziale debba essere molto vicina. Mantenere vicine le tracce differenziali non è altro che migliorare il loro accoppiamento, che può non solo migliorare l'immunità al rumore, ma anche fare pieno uso della polarità opposta del campo magnetico per compensare le interferenze elettromagnetiche al mondo esterno. Anche se questo approccio è molto vantaggioso nella maggior parte dei casi, non è assoluto. Se siamo in grado di garantire che siano completamente schermati da interferenze esterne, allora non abbiamo bisogno di utilizzare un forte accoppiamento per ottenere anti-interferenza. E lo scopo di sopprimere l'IME. Come garantire un buon isolamento e schermatura delle tracce differenziali? Aumentare la distanza tra tracce e altre tracce di segnale è uno dei modi più basilari. L'energia del campo elettromagnetico diminuisce con il quadrato della distanza. Generalmente, la spaziatura di linea supera 4 volte la linea. Quando è largo, l'interferenza tra di loro è estremamente debole e può essere fondamentalmente ignorata. Inoltre, l'isolamento dal piano di terra può anche giocare un buon effetto schermante. Questa struttura è spesso utilizzata nella progettazione di PCB ad alta frequenza (sopra 10G) IC pacchetto. È chiamato una struttura CPW, che può garantire una severa impedenza differenziale. Controllo (2Z0).