PCB科技 - PCBA差分訊號設計的誤區

高速行駛時 PCB設計, the application of differential signal (DIFferential Signal) is becoming more 和 more extensive, 電路中最關鍵的訊號通常採用差分結構設計.

為什麼會這樣？ 與普通單端訊號路由相比，差分訊號具有抗干擾能力强、有效抑制電磁干擾和精確定時定位的優點。

差分訊號 PCB佈線 要求

在電路板上，差分記錄道必須是兩條等長、等寬、接近且在同一水准上的線。

等軸測：

等長意味著兩條線路的長度應盡可能長，以確保兩個差分訊號始終保持相反的極性。 减少共模分量。

等寬，等距：

等寬度意味著兩個訊號的軌跡寬度需要保持相同，等距離意味著兩條線之間的間距應保持恒定和平行。

阻抗的最小變化：

使用差分訊號設計PCB時, 最重要的事情之一是找出應用程序的目標阻抗, 然後相應地規劃差分對. 此外, 保持阻抗變化盡可能小. 差分線的阻抗取決於軌跡寬度等因素, 軌跡耦合, 銅厚度, and PCB資料 和堆疊. 當你試圖避免任何改變差分對阻抗的事情時, 考慮其中的每一個.

常見錯誤

01誤解1

我們認為，差分訊號不需要地平面作為返回路徑，或者差分記錄道為彼此提供返回路徑。

造成這種誤解的原因是他們被表面現象所迷惑，或者高速訊號傳輸的機制不够深入。 差分電路對電源和接地層上可能存在的類似接地和其他雜訊訊號不敏感。 地平面的部分回波抵消並不意味著差分電路不使用基準面作為訊號回波路徑。 事實上，在訊號返回分析中，差分接線和普通單端接線的機理是相同的，即高頻訊號總是沿著電感最小的回路回流。 最大的區別是，除了與地面的耦合外，差動線路還具有相互耦合。 哪種耦合很强，哪種成為主要的返回路徑。

在PCB電路設計中，差分跡線之間的耦合通常很小，通常僅占耦合度的10-20%，更多的是對地的耦合，囙此差分跡線的主要返回路徑仍然存在於地平面上。 當接地層中存在不連續性時，沒有基準面的區域中的差分記錄道之間的耦合將提供主要的返回路徑，雖然基準面的不連續性對普通單端記錄道上的差分記錄道沒有影響，但很嚴重，但仍將降低差分訊號的質量並新增EMI， 這應該盡可能避免。

此外，一些設計人員認為，可以移除差分軌跡下的基準面，以抑制差分傳輸中的部分共模訊號。 然而，這種方法在理論上並不可取。 如何控制阻抗？ 不為共模訊號提供阻抗回路將不可避免地導致EMI輻射。 這種做法弊大於利。

02誤解2

人們認為，保持等間距比匹配線路長度更重要。

在實際的PCB佈局中，往往不可能同時滿足差分設計的要求。 由於存在引脚分佈、過孔和佈線空間等因素，必須通過適當的繞組來實現線路長度匹配的目的，但結果必須是差分對的某些區域不能平行。 PCB差分跡線設計中最重要的規則是匹配線長度。 其他規則可根據設計要求和實際應用靈活處理。

03誤解3

人們認為，微分軌跡必須非常接近。

保持差分軌跡接近無非是為了增强它們的耦合，這不僅可以提高抗噪性，而且可以充分利用磁場的相反極性來抵消對外部世界的電磁干擾。 雖然這種方法在大多數情况下非常有益，但它不是絕對的。 如果我們能够確保它們完全免受外部干擾，那麼我們就不需要使用强耦合來實現抗干擾。 以及抑制電磁干擾的目的。

我們如何確保差分記錄道的良好隔離和遮罩？ 新增與其他訊號軌跡的間距是最基本的方法之一。 電磁場能量隨距離的平方而减小。 通常，當行距超過線寬的4倍時，它們之間的干擾極為微弱。 可以忽略。

此外, 接地層隔離也能起到良好的遮罩作用. This structure is often used in high-frequency (above 10G) IC package PCB設計. 它被稱為共面波導結構, 可以確保嚴格的差分阻抗. 控制.