PCB 기술 - PCB 차등 신호 설계의 오류

차분 신호와 PCB 설계 차분 신호에서 흔히 볼 수 있는 몇 가지 오류

차등 신호(Differential signal)는 고속 회로 설계에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.회로에서 가장 중요한 신호는 일반적으로 차동 구조로 설계됩니다.무엇이 그렇게 인기가 많습니까?PCB 설계에서 우수한 성능을 보장하려면 어떻게 해야 합니까?이 두 가지 문제가 있으면, 우리는 다음 부분의 토론에 들어간다.차동 신호란 무엇입니까?문외한의 말을 빌리자면, 구동단은 두 개의 동일하고 반상적인 신호를 보내고, 수신단은 두 전압 사이의 차이를 비교하여 논리적 상태"0"또는"1"을 판단한다.차분 신호를 탑재한 한 쌍의 흔적선을 차분 흔적선이라고 한다.

일반 단일 신호 흔적선에 비해 차분 신호는 다음과 같은 세 가지 측면에서 가장 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다.

1.교란 저항력이 강하다.왜냐하면 두 차분 흔적선 사이의 결합이 매우 좋기 때문이다.외부로부터의 소음교란이 있을 때 그들은 거의 동시에 두 선로에 결합되며 수신단은 두 신호간의 차이에만 관심을 돌린다.따라서 외부 공통 모드 노이즈를 완전히 제거할 수 있습니다.

2. EMI를 효과적으로 억제할 수 있다.같은 이유로 두 신호의 극성이 상반되기 때문에 그들이 방사하는 전자장은 서로 상쇄할 수 있다.결합이 긴밀할수록 외부 세계로 방출되는 전자기 에너지는 줄어든다.

3. 정시 위치가 정확하다.차분 신호의 스위치 변화는 두 신호의 교차점에 있기 때문에 일반적인 단일 신호가 고역치 전압과 저역치 전압에 의존하여 결정되는 것과 달리 공정과 온도의 영향을 비교적 적게 받고 시차상의 오차를 줄일 수 있다.,그러나 저폭 신호 회로에도 더 적합하다.현재 유행하는 LVDS(저압차분신호)는 이런 소폭차분신호 기술을 말한다.

PCB 엔지니어의 경우 분산 케이블의 이러한 이점을 실제 경로설정에서 최대한 활용할 수 있도록 보장하는 방법에 관심이 있습니다.아마도 Layout을 접해 본 사람들은 차 분포선의 일반적인 요구, 즉"등장 등거리"를 이해할 것이다.같은 길이는 두 차분 신호가 항상 반대 극성을 유지하고 공통 모델 분량을 줄이기 위한 것입니다.등거리는 주로 양자의 미분 임피던스가 일치하도록 보장하고 반사를 줄이기 위한 것이다."가능한 한 가까이" 는 때때로 차동 연결의 요구 사항 중 하나입니다.그러나 이 모든 규칙은 기계적으로 적용되는 것이 아니며, 많은 엔지니어들은 여전히 고속 차동 신호 전송의 본질을 이해하지 못하는 것 같습니다.

다음은 PCB 차분 신호 설계에서 흔히 볼 수 있는 몇 가지 오해를 중점적으로 소개한다.

오해 1: 사람들은 차분 신호가 지평면을 귀환 경로로 사용하지 않거나 차분 흔적선이 서로에게 귀환 경로를 제공할 필요가 없다고 생각한다.이러한 오해의 원인은 그들이 표면적인 현상에 현혹되거나 고속 신호 전송의 메커니즘이 깊지 않기 때문이다.차동 회로는 전원 및 접지 평면에 존재할 수 있는 유사한 접지 반사 및 기타 소음 신호에 민감하지 않습니다.지면의 부분 반환 제거는 차동 회로가 신호 반환 경로로 참조 평면을 사용하지 않는다는 것을 의미하지는 않습니다.사실, 신호 반환 분석에서 차분포선과 일반 단일 경로설정의 메커니즘은 동일합니다. 즉, 고주파 신호는 항상 전기 감각이 가장 적은 루프를 따라 회류합니다.가장 큰 차이점은 대지적 결합 외에도 차선들이 서로 결합한다는 것입니다.어떤 결합이 강한지, 어떤 결합이 주요 반환 경로가 되는지.PCB 회로 기판 설계에서 차동 흔적 선 사이의 결합은 일반적으로 매우 작으며 일반적으로 결합도의 10-20% 만 차지하고 땅에 대한 결합이 더 많기 때문에 차동 흔적 길의 주요 반환 경로는 여전히 접지 평면에 존재합니다.접지 평면에 불연속성이 존재하는 경우 참조 평면이 없는 영역의 차동 경로 간의 결합은 기본 반환 경로를 제공하지만 참조 평면의 불연속성은 일반 단일 종적 경로의 차동 경로에 영향을 미치지 않습니다. 심각하지만 차동 신호의 품질을 낮추고 EMI를 증가시킵니다.이것은 가능한 한 피해야 한다.일부 설계자들은 차분 흔적 오프라인의 참조 평면을 제거하여 차분 전송 중의 일부 공통 모드 신호를 억제할 수 있다고 생각한다.그러나 이런 방법은 이론적으로 바람직하지 않다.임피던스는 어떻게 제어합니까?공통 모드 신호에 접지 임피던스 회로를 제공하지 않으면 EMI 방사선이 불가피하게 발생합니다.이런 방법은 폐단이 이익보다 크다.

오해 2: 사람들은 회선 길이와 일치하는 것보다 동일한 간격을 유지하는 것이 더 중요하다고 생각합니다.실제 PCB 레이아웃에서는 차등 설계의 요구 사항을 동시에 충족할 수 없는 경우가 많습니다.핀의 분포, 오버홀 및 경로설정 공간 등의 요소로 인해 적절한 권선을 통해 선로 길이 일치를 달성해야 하지만 그 결과 차등 쌍의 일부 영역은 평행할 수 없어야 합니다.PCB 차동 흔적선 설계에서 가장 중요한 규칙은 일치선의 길이입니다.기타 규칙은 설계 요구 사항 및 실제 적용에 따라 유연하게 처리됩니다.

오해 3: 차속기 연결이 가깝다고 생각합니다.차분적선의 접근을 유지하는것은 그들의 결합을 증강하기 위해서이다. 이는 소음에 대한 면역력을 높일수 있을뿐만아니라 자기장의 상반극성을 충분히 리용하여 외계에 대한 전자기교란을 상쇄할수 있다.이 방법은 대부분의 경우 매우 유용하지만 절대적인 것은 아닙니다.외부 간섭을 완전히 차단할 수 있다면 강한 결합을 사용하여 간섭에 저항할 필요가 없습니다.그리고 EMI를 억제하는 목적.우리는 어떻게 차분 흔적선의 양호한 격리와 차단을 확보합니까?다른 신호 흔적선과의 간격을 늘리는 것은 가장 기본적인 방법 중의 하나이다.전자장의 에너지는 거리의 제곱에 따라 감소한다.일반적으로 행 간격이 선 너비의 4배를 초과하면 간섭이 매우 미약합니다.무시할 수 있습니다.이밖에 접지평면의 격리도 아주 좋은 차페역할을 할수 있다.이 구조는 고주파(10G 이상) IC 패키징 PCB 설계에 자주 사용된다.CPW 구조로 불리며 엄격한 차분 임피던스를 보장합니다.제어(2Z0).

차동 흔적 선은 다른 신호 계층에서도 작동 할 수 있지만 일반적으로 다른 계층에서 발생하는 임피던스와 오버홀 차이로 인해 차동 모드 전송의 효과가 손상되고 공통 모드 노이즈가 도입되기 때문에 이러한 방법을 사용하는 것이 권장되지 않습니다.또한 인접한 두 층이 긴밀하게 결합되지 않으면 차분 흔적선의 소음 저항 능력이 떨어지지만 주변 흔적선과 적당한 거리를 유지할 수 있다면 교란은 문제가 되지 않는다.EMI는 일반 주파수 (기가헤르츠보다 낮음) 에서 심각한 문제가 되지 않을 것이다.실험에 따르면 차분적선으로부터 500밀이의 거리에서 복사에네르기의 감쇠는 3메터의 거리에서 60dB에 달했는데 이는 FCC 전자기복사표준을 만족시키기에 충분하므로 설계자는 차분선로의 결합부족으로 인한 전자기호환성을 지나치게 걱정할 필요가 없다.