PCB技術 - PCBA差動信号設計の誤解

高速で PCB設計, the application of differential signal (DIFferential Signal) is becoming more and more extensive, そして、回路の最も重要なシグナルは、微分構造.

なぜそうなのか。通常のシングルエンド信号ルーティングと比較して、差動信号は、強い干渉防止能力、EMIの効果的な抑制、および正確なタイミング位置決めの利点を有する。

差動信号 PCB配線 要件

回路基板上では、差動トレースは、等しい長さ、等しい幅、近接、および同じレベルの2つのラインでなければならない。

アイソメトリック

等しい長さは、2つの差動信号が常に反対の極性を維持するのを確実にするために、2つのラインの長さができるだけ長くなければならないことを意味します。コモンモードコンポーネントを減らす。

等しい幅、等しい距離：

等しい幅は、2つの信号のトレース幅が同じに保たれる必要があることを意味します、そして、等しい距離は2つの線の間隔が一定で平行に保たれなければならないことを意味します。

インピーダンスの最小変化

差動信号によるPCB設計, 最も重要なことの一つは、アプリケーションの目標インピーダンスを見つけることである, そして、それに応じて. 加えて, インピーダンス変化をできるだけ小さく保つ. 差動線のインピーダンスはトレース幅のような因子に依存する, トレースカップリング, 銅厚, and PCB材料 積み上げ. 場合は、差動ペアのインピーダンスを変更する何かを回避しようとすると, それぞれを考慮.

コモンミス

01誤解1

差動信号は、リターンパスとしてグランドプレーンを必要としない、または、差動トレースが互いのための戻りパスを提供すると考えられる。

この誤解の理由は、表面現象によって混乱したり、高速信号伝送のメカニズムが十分に深くないことである。差動回路は、電源および接地面に存在することができる類似のグランドおよび他のノイズ信号に対する感受性がない。グランドプレーンのパーシャルリターンキャンセルは、差動回路が信号戻り経路として参照面を使用しないことを意味しない。実際には、信号戻り解析では、差動配線と通常のシングルエンド配線のメカニズムは同じである。すなわち、高周波信号は常に最小インダクタンスのループに沿ってリフローする。最大の違いは、接地への結合に加えて、差動線も相互結合を有することである。どの種類のカップリングが強く、どちらがメインリターンパスになります。

PCB回路設計では、差動トレース間の結合は一般的に小さく、しばしば結合度の10〜20 %を占めており、より多くの方が接地への結合であるので、差動トレースの主リターンパスは依然として接地面に存在する。グランドプレーンの不連続性があるときに、参照プレーンのない領域の微分トレース間の結合は主戻りパスを提供する。しかし、基準面の不連続性は通常のシングルエンドトレース上の微分トレースに影響を及ぼさない。しかし、それはまだ差動信号の品質を減らして、EMIを増やす。可能な限り避けるべきです。

加えて、差動トレースの下の基準面が差動伝送の共通モード信号の一部を抑制するために除去されることができると、一部のデザイナーは信じています。しかし、このアプローチは理論上望ましくない。インピーダンスの制御方法コモンモード信号にインピーダンスループを供給しないことは必然的にEMI放射を引き起こす。このアプローチは善よりも害を与える。

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等しい間隔を保つことは線長にマッチするより重要であると信じられています。

実際のPCBレイアウトでは、差動設計の要件を同時に満たすことはできない。ピン分布、ビア、および配線スペースのような要因の存在により、適切な巻線を通じて線長整合の目的が達成されなければならないが、結果は、差動対のいくつかの領域が並列であることができなくてはならない。PCB差動トレースの設計における最も重要な規則は、整合する線長である。その他のルールは設計要件や実際の用途に応じて柔軟に扱うことができる。

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微分トレースは非常に近いに違いないと信じられている。

微分トレースを閉じることは、ノイズに対する耐性を向上させることができるだけでなく、外部の世界への電磁干渉を相殺するために磁場の反対極性を十分に利用することができるそれらの結合を強化すること以上の何もない。このアプローチはほとんどの場合非常に有益ですが、それは絶対ではありません。我々が彼らが外部干渉から完全にシールドされることを確実とすることができるならば、我々は干渉防止を成し遂げるために強い結合を使用する必要はありません。EMI抑制の目的。

どのように、我々は微分痕跡の良い隔離と遮蔽を確実にすることができますか？他の信号トレースとの間隔を増やすことは最も基本的な方法の一つです。電磁界エネルギーは距離の二乗で減少する。一般的に、線間隔が線幅の4倍を超える場合、それらの干渉は非常に弱い。は無視できる。

加えて, 接地面による絶縁も良好な遮蔽役割を果たすことができる. This structure is often used in high-frequency (above 10G) IC package PCB設計. CPW構造と呼ばれる, 厳密な微分インピーダンスを保証できる. コントロール.