Teknik PCB - Salah faham dalam Rancangan isyarat berbeza PCB

isyarat berbeza dan reka PCB beberapa kesalahpahaman umum dalam isyarat berbeza

Isyarat berbeza (Isyarat berbeza) semakin luas digunakan dalam desain sirkuit kelajuan tinggi. Isyarat paling kritik dalam sirkuit sering dirancang dengan struktur perbezaan. Apa yang membuatnya begitu populer? Bagaimana untuk memastikan prestasi yang baik dalam rancangan PCB? Dengan dua soalan ini, kita teruskan ke bahagian seterusnya dalam perbincangan. Apa isyarat perbezaan? Dalam terma layman, hujung pemandu menghantar dua isyarat yang sama dan terbalik, dan akhir penerima menilai keadaan logik "0" atau "1" dengan membandingkan perbezaan antara kedua-dua tegangan. Pasangan jejak yang membawa isyarat perbezaan dipanggil jejak perbezaan.

Berbanding dengan jejak isyarat satu-akhir biasa, isyarat perbezaan mempunyai keuntungan yang paling jelas dalam tiga aspek berikut:

1. Kekuatan anti-gangguan kuat, kerana sambungan antara dua jejak perbezaan adalah sangat baik. Apabila terdapat gangguan bunyi dari luar, mereka hampir tersambung dengan dua garis pada masa yang sama, dan akhir penerima hanya peduli tentang perbezaan antara dua isyarat. Oleh itu, bunyi mod umum luaran boleh dibatalkan sepenuhnya.

2. Ia boleh menekan EMI secara efektif. Untuk sebab yang sama, disebabkan polaritas bertentangan dua isyarat, medan elektromagnetik yang direradiasi oleh mereka boleh membatalkan satu sama lain. Semakin ketat sambungan, semakin kurang tenaga elektromagnetik bergerak ke dunia luar.

3. Posisi masa adalah tepat. Kerana perubahan tukar isyarat perbezaan ditempatkan di persimpangan dua isyarat, tidak seperti isyarat satu-akhir biasa, yang bergantung pada voltaj ambang tinggi dan rendah untuk menentukan, ia kurang terkesan oleh proses dan suhu, dan boleh mengurangkan ralat dalam masa. Tapi juga lebih sesuai untuk sirkuit isyarat amplitud rendah. LVDS populer semasa (isyarat berbeza tenaga rendah) merujuk kepada teknologi isyarat berbeza amplitud kecil ini.

Untuk jurutera PCB, yang paling bimbang adalah bagaimana untuk memastikan keuntungan ini kawat berbeza boleh digunakan sepenuhnya dalam kawat sebenar. Mungkin sesiapa yang telah menghubungi Layout akan memahami keperluan umum kabel perbezaan, iaitu, "panjang dan jarak yang sama". Panjang sama adalah untuk memastikan dua isyarat perbezaan menjaga polariti bertentangan setiap masa dan mengurangkan komponen mod umum; jarak yang sama adalah terutama untuk memastikan bahawa impedance perbezaan kedua-dua adalah konsisten dan mengurangkan refleksi. "Sebanyak mungkin" kadang-kadang adalah salah satu keperluan kabel perbezaan. Tetapi semua peraturan ini tidak digunakan untuk melaksanakan secara mekanik, dan banyak jurutera seolah-olah masih tidak memahami inti penghantaran isyarat berbeza kelajuan tinggi.

Berikut fokus pada beberapa kesalahpahaman umum dalam rancangan isyarat berbeza PCB.

Salah faham 1: Dipercayakan bahawa isyarat perbezaan tidak memerlukan pesawat tanah sebagai laluan kembali, atau bahawa jejak perbezaan menyediakan laluan kembali untuk satu sama lain. Alasan kesalahpahaman ini adalah bahawa mereka keliru oleh fenomena permukaan, atau mekanisme penghantaran isyarat kelajuan tinggi tidak cukup dalam. Sirkuit berbeza tidak sensitif kepada lompatan tanah yang sama dan isyarat bunyi lain yang mungkin wujud pada pesawat kuasa dan tanah. Pembatalan bahagian kembalian pesawat tanah tidak bermakna litar perbezaan tidak menggunakan pesawat rujukan sebagai laluan kembalian isyarat. Sebenarnya, dalam analisis kembali isyarat, mekanisme kabel berbeza dan kabel satu-akhir biasa adalah sama, iaitu, isyarat frekuensi tinggi sentiasa Reflow sepanjang loop dengan induktan yang paling kecil. Perbezaan terbesar ialah selain sambungan ke tanah, garis perbezaan juga mempunyai sambungan antara satu sama lain. Yang jenis pasangan yang kuat, dan yang mana menjadi jalan kembali utama. Dalam rekaan papan sirkuit PCB, sambungan antara jejak perbezaan biasanya kecil, sering hanya menganggap 10-20% darjah sambungan, dan lebih adalah sambungan ke tanah, jadi laluan kembali utama jejak perbezaan masih wujud di atas tanah rata. Apabila terdapat keterlaluan dalam pesawat tanah, sambungan antara jejak perbezaan di kawasan tanpa pesawat rujukan akan menyediakan laluan pulang utama, walaupun keterlaluan pesawat rujukan tidak mempunyai kesan pada jejak perbezaan pada jejak biasa satu-akhir Ia adalah serius, tetapi ia masih akan mengurangkan kualiti isyarat perbezaan dan meningkatkan EMI, Yang sepatutnya dihindari sebanyak mungkin. Beberapa desainer percaya bahawa pesawat rujukan dibawah jejak perbezaan boleh dibuang untuk menekan beberapa isyarat mod umum dalam transmisi perbezaan. Namun, pendekatan ini tidak diinginkan dalam teori. Bagaimana untuk mengawal impedance? Tidak menyediakan loop impedance tanah untuk isyarat mod-umum akan secara mengelakkan menyebabkan radiasi EMI. Pendekatan ini lebih berbahaya daripada kebaikan.

Salah faham 2: Dipercayakan bahawa menjaga ruang yang sama lebih penting daripada sepadan panjang baris. Dalam bentangan PCB sebenar, ia sering tidak mungkin untuk memenuhi keperluan desain perbezaan pada masa yang sama. Kerana wujud faktor seperti distribusi pin, vias, dan ruang kabel, tujuan persamaan panjang baris mesti dicapai melalui pembantaian yang betul, tetapi hasilnya mesti ialah beberapa kawasan pasangan perbezaan tidak boleh selari. Peraturan paling penting dalam desain jejak perbezaan PCB adalah panjang baris yang sepadan. Peraturan lain boleh dikendalikan secara fleksibel mengikut keperluan desain dan aplikasi sebenar.

Salah faham 3: fikir bahawa kawat perbezaan mesti sangat dekat. Menjaga jejak perbezaan dekat tidak lebih dari untuk meningkatkan sambungan mereka, yang tidak hanya boleh meningkatkan kekebalan terhadap bunyi, tetapi juga membuat penggunaan penuh polariti bertentangan medan magnetik untuk ofset gangguan elektromagnetik ke dunia luar. Walaupun pendekatan ini sangat berguna dalam kebanyakan kes, ia tidak mutlak. Jika kita boleh memastikan bahawa mereka sepenuhnya dilindungi daripada gangguan luar, maka kita tidak perlu menggunakan pasangan kuat untuk mencapai anti gangguan. Dan tujuan untuk menekan EMI. Bagaimana kita boleh memastikan pengasingan yang baik dan perlindungan jejak perbezaan? Meningkatkan jarak dengan jejak isyarat lain adalah salah satu cara yang paling asas. Energi medan elektromagnetik menurun dengan kuasa dua jarak. Secara umum, apabila jarak garis melebihi 4 kali lebar garis, gangguan diantaranya sangat lemah. Boleh diabaikan. Selain itu, pengasingan oleh pesawat tanah juga boleh bermain peran perlindungan yang baik. Struktur ini sering digunakan dalam rekaan PCB pakej IC frekuensi tinggi (atas 10G). Ia dipanggil struktur CPW, yang boleh memastikan penghalang perbezaan ketat. Kawalan (2Z0).

Jejak berbeza juga boleh berjalan dalam lapisan isyarat berbeza, tetapi kaedah ini biasanya tidak direkomendasikan, kerana perbezaan dalam impedance dan vias yang dihasilkan oleh lapisan berbeza akan menghancurkan kesan penghantaran mod berbeza dan memperkenalkan bunyi mod biasa. Selain itu, jika dua lapisan bersebelahan tidak terikat dengan ketat, ia akan mengurangkan kemampuan jejak perbezaan untuk menentang bunyi, tetapi jika anda boleh menyimpan jarak yang betul dari jejak sekeliling, percakapan salib bukan masalah. Pada frekuensi umum (di bawah GHz), EMI tidak akan menjadi masalah serius. Eksperimen telah menunjukkan bahawa penindasan tenaga radiasi pada jarak 500 batu dari jejak perbezaan telah mencapai 60dB pada jarak 3 meter, yang cukup untuk memenuhi standar radiasi elektromagnetik FCC, jadi perancang tidak perlu risau terlalu banyak tentang ketidakkompatibiliti elektromagnetik disebabkan oleh sambungan garis perbezaan yang tidak cukup.