Технология PCB - Ошибка при проектировании разностного сигнала PCB

разностная сумма сигналов проектирование PCB several common misunderstandings in differential signal

Differential signal (DifferenTIal Signal) is more and more widely used in high-speed circuit design. наиболее важные сигналы в цепи обычно проектируются с использованием разностной структуры. What makes it so popular? как обеспечить их хорошее функционирование на рынке проектирование PCB? Эти два вопроса, Мы продолжим обсуждение следующей части. What is a differential signal? говорить чужими словами, the driving end sends two equal and inverted signals, принимающий конец определяет логическое состояние "0" или "1" путем сравнения двух напряжений. канал записи с разностным сигналом называется разностной записью.

по сравнению с обычными однополюсными сигналами разностный сигнал имеет три наиболее очевидных преимущества:

помехоустойчивость сильна, поскольку связь между двумя треками дифференциальной записи очень хорошо. когда есть помехи от внешних шумов, они почти одновременно связаны между двумя линиями, а приемный конец заботится только о разнице между двумя сигналами. Таким образом, можно полностью устранить внешние симулятивные шумы.

эффективное подавление электромагнитных помех. по той же причине, в силу противоположности полярности двух сигналов, электромагнитное поле, излучающее их излучение, может нейтрализоваться. Чем теснее связь, тем меньше электромагнитной энергии высвобождается во внешний мир.

точное определение места по времени. Поскольку изменения дифференцирующих сигналов находятся на перекрестке двух сигналов, в отличие от обычных однополюсных сигналов, обычные однополюсные сигналы определяются высоким пороговым напряжением и низким пороговым напряжением, которое меньше зависит от процессов и температуры и может уменьшить погрешность времени. и лучше подходит для низкоамплитудных сигналов. В настоящее время популярным является LVDS (дифференциальный сигнал низкого давления), что означает такую маломасштабную дифференциацию сигналов.

Что касается инженеров PCB, то наибольшую озабоченность вызывает вопрос о том, как обеспечить, чтобы эти преимущества линии дифференциации использовались в полной мере в реальной проводке. Возможно, любой, кто имел контакт с раскладкой, понимает общее требование дифференциальной проводки, т.е. эквивалентность предназначена для обеспечения того, чтобы два разностных сигнала оставались противоположными полярности и уменьшали ковариантный компонент; такие расстояния предназначены главным образом для обеспечения того, чтобы дифференциальные импеданцы были одинаковыми и чтобы их отражение уменьшилось. "как можно ближе" иногда является одним из требований дифференциальной проводки. Однако все эти правила не были механически применены, и многие инженеры, похоже, до сих пор не понимают сущность высокоскоростных разностных сигналов.

The following focuses on several common misunderstandings in PCB differential signal design.

недоразумение 1: считалось, что разностный сигнал не должен соединять пласты как путь возвращения, or that the differential traces provide a return path for each other. причина этого недопонимания заключается в том, что они были озадачены поверхностными явлениями, или механизм передачи сигналов большой скорости недостаточно развит. дифференцирующий контур не чувствительны к аналогичному наземному отскоку и другим шумовым сигналам. частичное гашение возврата в плоскость Земли не означает, что разностная схема не использует базовую плоскость в качестве пути возвращения сигнала. На самом деле, in the signal return analysis, принцип дифференциальных и обычных однополюсных соединений, that is, высокочастотный сигнал всегда возвращается по минимальному индуктивному контуру. The biggest difference is that in addition to the coupling to the ground, дифференциал также связан. Which kind of coupling is strong, какой путь является основным. в плата PCB design, связь между дорожками дифференциальной записи обычно очень мала, often only accounting for 10-20% of the coupling degree, важнее связь с землей, so the main return path of the differential trace still exists on the ground flat. разрыв в местном уровне, в районах, где нет опорной плоскости, связь между дорожками дифференциальной записи обеспечит основные пути возвращения, although the discontinuity of the reference plane has no impact on the differential traces on the ordinary single-ended traces It is serious, Но она все еще снижает качество разностных сигналов, увеличивает EMI, это нужно как можно. Some designers believe that the reference plane under the differential trace can be removed to suppress some common mode signals in differential transmission. Однако, this approach is not desirable in theory. как управлять сопротивлением? контур заземления без предоставления сопутствующего сигнала неизбежно приведет к облучению EMI. такой подход приносит больше вреда, чем пользы.

недоразумение 2: люди считают, что поддержание равного интервала более важно, чем прокладка линии. In the actual PCB layout, it is often not possible to meet the requirements of differential design at the same time. наличие таких факторов, как распределение пин, vias, коммутационное пространство, the purpose of line length matching must be achieved through proper winding, Но неизбежно, что некоторые области дифференциации не могут быть параллельными. наиболее важным правилом при проектировании разностной линии PCB является длина линий. другие правила могут применяться гибко в соответствии с требованиями конструкции и практического применения.

недоразумение 3: считает, что дифференциальная проводка должна быть очень близка. Закрытие каналов дифференциальной записи не имеет своей целью укрепление связи между ними, что не только повышает противошумность, но и позволяет в полной мере использовать противоположные полюсы магнитного поля для нейтрализации электромагнитных помех внешним воздействиям. Хотя такой подход в большинстве случаев весьма полезен, он не является абсолютным. если мы сможем обеспечить, чтобы они были полностью защищены от внешнего вмешательства, то нам не нужно будет использовать сильные связи для достижения помех. и цель подавления электромагнитных помех. как нам обеспечить, чтобы дифференциальные дорожки были хорошо изолированы и защищены? одним из важнейших методов является увеличение разрыва с другими сигнальными каналами. энергия электромагнитного поля уменьшается в квадрате расстояния. обычно, когда расстояние между строками в 4 раза превышает ширину линий, помехи между ними очень слабы. можно игнорировать. Кроме того, хорошо защищена изоляция коллектора. Эта структура обычно используется для проектирования PCB в высокочастотных (10G и выше) устройствах IC. Это называется структура CPW, которая обеспечивает строгое дифференциальное сопротивление. Ctrl (2Z0).

канал дифференциальной записи может также работать в разных слоях сигналов, но обычно не рекомендуется использовать этот метод, так как различные слои создают сопротивление и разницу в проходном отверстии может разрушить эффект разностной передачи и ввести общий шум. Кроме того, если соседние слои не тесно связаны друг с другом, то это снижает способность системы дифференциальной записи сопротивляться шуму, но не является проблемой, если расстояние, соответствующее расположению периметра записи, может быть сохранено. при общей частоте (ниже ГГц) EMI не будет серьезной проблемой. эксперимент показал, что ослабление лучистой энергии в 500 милях от линии разности расстояний достигает 60 дБ в 3 метрах, что вполне соответствует стандарту электромагнитного излучения FCC, поэтому Конструкторам не стоит беспокоиться о том, что недостаточная связь между линиями дифференциации приводит к электромагнитной несовместимости.