PCB Tecnico - Il malinteso della progettazione del segnale differenziale PCBA

Nella progettazione PCB ad alta velocità, l'applicazione del segnale differenziale (segnale DIFferenziale) sta diventando sempre più estesa e il segnale più critico nel circuito è spesso progettato con una struttura differenziale.

Perché è così? Rispetto al routing del segnale singolo ordinario, i segnali differenziali hanno i vantaggi di una forte capacità anti-interferenza, soppressione efficace dell'EMI e posizionamento preciso della temporizzazione.

Requisiti di cablaggio PCB a segnale differenziale

Sul circuito stampato, le tracce differenziali devono essere due linee di uguale lunghezza, uguale larghezza, prossimità e sullo stesso livello.

Isometrica:

Lunghezza uguale significa che la lunghezza delle due linee dovrebbe essere il più lunga possibile, in modo da garantire che i due segnali differenziali mantengano sempre polarità opposte. Ridurre i componenti della modalità comune.

Larghezza uguale, distanza uguale:

La larghezza uguale significa che le larghezze di traccia dei due segnali devono essere mantenute uguali, e la distanza uguale significa che la distanza tra le due linee deve essere mantenuta costante e parallela.

Variazione minima di impedenza:

Quando si progetta un PCB con segnali differenziali, una delle cose più importanti è scoprire l'impedenza target dell'applicazione e quindi pianificare le coppie differenziali di conseguenza. Inoltre, mantenere il cambiamento di impedenza il più piccolo possibile. L'impedenza della linea differenziale dipende da fattori quali larghezza della traccia, accoppiamento della traccia, spessore del rame e materiale PCB e stackup. Quando cerchi di evitare qualsiasi cosa che cambi l'impedenza di una coppia differenziale, considera ciascuno di essi.

Errori comuni

01 fraintendimento 1

Si ritiene che il segnale differenziale non abbia bisogno di un piano di terra come percorso di ritorno, o che le tracce differenziali forniscano un percorso di ritorno reciproco.

La ragione di questo malinteso è che sono confusi da fenomeni superficiali, o il meccanismo di trasmissione del segnale ad alta velocità non è abbastanza profondo. I circuiti differenziali sono insensibili a simili segnali di rumore di terra e altri che possono esistere sui piani di potenza e di terra. La cancellazione parziale del ritorno del piano di terra non significa che il circuito differenziale non utilizzi il piano di riferimento come percorso di ritorno del segnale. Infatti, nell'analisi del ritorno del segnale, il meccanismo del cablaggio differenziale e del cablaggio singolo ordinario è lo stesso, cioè i segnali ad alta frequenza sono sempre Reflow lungo il ciclo con la più piccola induttanza. La differenza più grande è che oltre all'accoppiamento al suolo, la linea differenziale ha anche accoppiamento reciproco. Quale tipo di accoppiamento è forte e quale diventa il percorso principale di ritorno.

Nella progettazione del circuito PCB, l'accoppiamento tra tracce differenziali è generalmente piccolo, spesso rappresenta solo il 10-20% del grado di accoppiamento e di più è l'accoppiamento al suolo, quindi il percorso principale di ritorno della traccia differenziale esiste ancora sul piano di terra. Quando c'è una discontinuità nel piano di terra, l'accoppiamento tra le tracce differenziali nell'area senza un piano di riferimento fornirà il percorso principale di ritorno, anche se la discontinuità del piano di riferimento non ha alcun impatto sulle tracce differenziali sulle tracce monoterminali ordinarie È grave, ma ridurrà comunque la qualità del segnale differenziale e aumenterà EMI, che dovrebbero essere evitati il più possibile.

Inoltre, alcuni progettisti ritengono che il piano di riferimento sotto la traccia differenziale possa essere rimosso per sopprimere parte del segnale di modalità comune nella trasmissione differenziale. Tuttavia, questo approccio non è auspicabile in teoria. Come controllare l'impedenza? Non fornire loop di impedenza per segnali in modalità comune causerà inevitabilmente radiazioni EMI. Questo approccio fa più male che bene.

02 Misunderstanding 2

Si ritiene che mantenere la spaziatura uguale sia più importante che abbinare la lunghezza della linea.

Nel layout reale del PCB, spesso non è possibile soddisfare i requisiti della progettazione differenziale allo stesso tempo. A causa dell'esistenza di fattori quali la distribuzione dei pin, vias e lo spazio di cablaggio, lo scopo della corrispondenza della lunghezza della linea deve essere raggiunto attraverso un corretto avvolgimento, ma il risultato deve essere che alcune aree della coppia differenziale non possono essere parallele. La regola più importante nella progettazione delle tracce differenziali PCB è la lunghezza della linea corrispondente. Altre regole possono essere gestite in modo flessibile in base ai requisiti di progettazione e alle applicazioni reali.

03 Misunderstanding Three

Si ritiene che le tracce differenziali debbano essere molto vicine.

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 possiamo garantire un buon isolamento e schermatura delle tracce differenziali? Aumentare la spaziatura con altre tracce di segnale è uno dei modi più basilari. L'energia del campo elettromagnetico diminuisce con il quadrato della distanza. Generalmente, quando la spaziatura delle linee supera 4 volte la larghezza della linea, l'interferenza tra di loro è estremamente debole. Può essere ignorato.

Inoltre, l'isolamento dal piano di terra può anche svolgere un buon ruolo di schermatura. Questa struttura è spesso utilizzata nella progettazione del PCB del pacchetto IC ad alta frequenza (sopra 10G). È chiamato una struttura CPW, che può garantire una severa impedenza differenziale. controllo.