Malentendidos comunes de la división de señales en el diseño de PCB de alta velocidad

En el diseño de PCB de alta velocidad, la aplicación de señal diferencial (DIFferential Signal) es cada vez más extensa, y la señal más crítica en el circuito a menudo se diseña con una estructura diferencial.


¿Por qué es esto? En comparación con el enrutamiento de señal de extremo único ordinario, las señales diferenciales tienen las ventajas de una fuerte capacidad anti-interferencia, supresión efectiva de EMI y posicionamiento de sincronización preciso.


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Requisitos de diseño de PCB de señal diferencial


En la placa de circuito, las trazas diferenciales deben ser dos líneas de igual longitud, anchura igual, proximidad y al mismo nivel.


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▶Samétrica:

La longitud igual significa que la longitud de las dos líneas debe ser lo más larga posible, a fin de garantizar que las dos señales diferenciales mantengan polaridades opuestas en todo momento. Reduzca los componentes de modo común.


▶Ecalidad y distancia:

La misma anchura significa que el ancho de las trazas de las dos señales debe mantenerse igual, y la misma distancia significa que el espaciado entre las dos líneas debe mantenerse constante y paralelo.


▶Inzo de impulso en la impedancia:

Al diseñar un PCB con señales diferenciales, una de las cosas más importantes es encontrar la impedancia de destino de la aplicación y, a continuación, planificar el par diferencial en consecuencia. Además, mantenga el cambio de impedancia lo más pequeño posible. La impedancia de la línea diferencial depende de factores como la anchura de la traza, el acoplamiento de trazas, el espesor del cobre y el material y la acumulación de PCB. Cuando intente evitar cualquier cosa que cambie la impedancia de un par diferencial, tenga en cuenta cada uno de ellos.


Errores comunes


Malentendido uno

Piense que la señal diferencial no necesita un plano de tierra como una ruta de retorno, o que las trazas diferenciales proporcionan una ruta de retorno entre sí.


La razón de este malentendido es que están confundidos por fenómenos superficiales, o el mecanismo de transmisión de señal de alta velocidad no es lo suficientemente profundo. Los circuitos diferenciales son insensibles a señales de tierra y otras señales de ruido similares que pueden existir en los planos de potencia y tierra. La cancelación parcial de retorno del plano de tierra no significa que el circuito diferencial no utilice el plano de referencia como ruta de retorno de señal. De hecho, en el análisis de retorno de señal, el mecanismo de cableado diferencial y cableado de extremo único ordinario es el mismo, es decir, las señales de alta frecuencia son siempre Reflujo a lo largo del bucle con la inductancia más pequeña. La mayor diferencia es que, además del acoplamiento al suelo, la línea diferencial también tiene acoplamiento mutuo. Qué acoplamiento es fuerte, y cuál se convierte en la ruta de retorno principal.


En el diseño del circuito PCB, el acoplamiento entre trazas diferenciales es generalmente pequeño, a menudo representando sólo 10-20% del grado de acoplamiento, y más es el acoplamiento al suelo, por lo que la ruta de retorno principal de la traza diferencial todavía existe en el plano de tierra. Cuando hay una discontinuidad en el plano de tierra, el acoplamiento entre las trazas diferenciales en la zona sin un plano de referencia proporcionará la ruta de retorno principal, aunque la discontinuidad del plano de referencia no tiene ningún efecto en la traza diferencial en la traza ordinaria de un solo extremo Es grave, pero todavía reducirá la calidad de la señal diferencial y aumentará el IME , que debe evitarse en la medida de lo posible.


Además, algunos diseñadores creen que el plano de referencia bajo la traza diferencial se puede eliminar para suprimir parte de la señal de modo común en la transmisión diferencial. Sin embargo, este enfoque no es deseable en teoría. ¿Cómo controlar la impedancia? No proporcionar bucles de impedancia para señales de modo común inevitablemente causará radiación EMI. Este enfoque hace más daño que bien.


Malentendido 2

Se cree que mantener el espaciado igual es más importante que la longitud de línea coincidente.


En el diseño real de la placa CI, a menudo no es posible cumplir con los requisitos de diseño diferencial al mismo tiempo. Debido a la existencia de factores como la distribución de pines, las vias y el espacio de cableado, el propósito de la coincidencia de longitud de línea debe lograrse a través del devanado adecuado, pero el resultado debe ser que parte del par diferencial no puede ser paralela. La regla más importante en el diseño de trazas diferenciales PCB es hacer juego la longitud de la línea. Otras reglas se pueden manejar de manera flexible de acuerdo con los requisitos de diseño y aplicaciones prácticas.


 

Malentendido 3

Se cree que el rastro diferencial debe estar muy cerca.


Mantener las trazas diferenciales cerca no es más que mejorar su acoplamiento, que no sólo puede mejorar la inmunidad al ruido, sino también hacer pleno uso de la polaridad opuesta del campo magnético para compensar la interferencia electromagnética en el mundo exterior. Aunque este enfoque es muy beneficioso en la mayoría de los casos, no es absoluto. Si podemos asegurarnos de que estén totalmente protegidos de interferencias externas, entonces no necesitamos utilizar un acoplamiento fuerte para lograr la anti-interferencia. Y el propósito de suprimir el IME.


¿Cómo podemos garantizar un buen aislamiento y blindaje de las trazas diferenciales? Aumentar el espaciado con otras trazas de señal es una de las formas más básicas. La energía del campo electromagnético disminuye con el cuadrado de la distancia. Generalmente, cuando el interlineado supera 4 veces el ancho de línea, la interferencia entre ellos es extremadamente débil. puede pasarse por alto.


Además, el aislamiento por el plano de tierra también puede desempeñar un buen papel de blindaje. Esta estructura se utiliza a menudo en el diseño de PCB del paquete IC de alta frecuencia (por encima de 10G). Se llama estructura CPW, que puede garantizar una impedancia diferencial estricta. Control.