如何避免PCB差分信號(hào)設(shè)計(jì)的3個(gè)常見的誤區(qū)?
發(fā)布時(shí)間:2020-05-26 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在高速PCB設(shè)計(jì)中,差分信號(hào)(DIFferential Signal)的應(yīng)用越來越廣泛,電路中最關(guān)鍵的信號(hào)往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
在高速PCB設(shè)計(jì)中,差分信號(hào)(DIFferential Signal)的應(yīng)用越來越廣泛,電路中最關(guān)鍵的信號(hào)往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
為什么這樣呢?和普通的單端信號(hào)走線相比,差分信號(hào)有抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制EMI、時(shí)序定位精確的優(yōu)勢(shì)。
差分信號(hào)PCB布線要求
在電路板上,差分走線必須是等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。
?等長(zhǎng):
等長(zhǎng)是指兩條線的長(zhǎng)度要盡量一樣長(zhǎng),是為了保證兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)刻保持相反極性。減少共模分量。
?等寬、等距:
等寬是指兩條信號(hào)的走線寬度需要保持一致,等距是指兩條線之間的間距要保持不變,保持平行。
?阻抗最小變化:
在設(shè)計(jì)具有差分信號(hào)的PCB時(shí),最重要的事情之一是找出應(yīng)用的目標(biāo)阻抗,然后相應(yīng)地規(guī)劃差分對(duì)。此外,保持盡可能小的阻抗變化。差分線的阻抗取決于諸如走線寬度,走線耦合,銅厚度以及PCB材料和層疊等因素。當(dāng)你嘗試避免改變差分對(duì)阻抗的任何事情時(shí),請(qǐng)考慮其中的每一個(gè)。
常見誤區(qū)
誤區(qū)一
認(rèn)為差分信號(hào)不需要地平面作為回流路徑,或者認(rèn)為差分走線彼此為對(duì)方提供回流途徑。
造成這種誤區(qū)的原因是被表面現(xiàn)象迷惑,或者對(duì)高速信號(hào)傳輸?shù)臋C(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠深入。差分電路對(duì)于類似地以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號(hào)是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號(hào)返回路徑,其實(shí)在信號(hào)回流分析上,差分走線和普通的單端走線的機(jī)理是一致的,即高頻信號(hào)總是沿著電感最小的回路進(jìn)行回流,最大的區(qū)別在于差分線除了有對(duì)地的耦合之外,還存在相互之間的耦合,哪一種耦合強(qiáng),哪一種就成為主要的回流通路。
在PCB電路設(shè)計(jì)中,一般差分走線之間的耦合較小,往往只占10~20%的耦合度,更多的還是對(duì)地的耦合,所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。當(dāng)?shù)仄矫姘l(fā)生不連續(xù)的時(shí)候,無參考平面的區(qū)域,差分走線之間的耦合才會(huì)提供主要的回流通路,盡管參考平面的不連續(xù)對(duì)差分走線的影響沒有對(duì)普通的單端走線來的嚴(yán)重,但還是會(huì)降低差分信號(hào)的質(zhì)量,增加 EMI,要盡量避免。
另外也有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為,可以去掉差分走線下方的參考平面,以抑制差分傳輸中的部分共模信號(hào),但從理論上看這種做法是不可取的,阻抗如何控制?不給共模信號(hào)提供阻抗回路,勢(shì)必會(huì)造成EMI輻射,這種做法弊大于利。
誤區(qū)二
認(rèn)為保持等間距比匹配線長(zhǎng)更重要。
在實(shí)際的PCB布線中,往往不能同時(shí)滿足差分設(shè)計(jì)的要求。由于管腳分布,過孔,以及走線空間等因素存在,必須通過適當(dāng)?shù)睦@線才能達(dá)到線長(zhǎng)匹配的目的,但帶來的結(jié)果必然是差分對(duì)的部分區(qū)域無法平行。PCB差分走線的設(shè)計(jì)中最重要的規(guī)則就是匹配線長(zhǎng),其它的規(guī)則都可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行靈活處理。
誤區(qū)三
認(rèn)為差分走線一定要靠的很近。
讓差分走線靠近無非是為了增強(qiáng)他們的耦合,既可以提高對(duì)噪聲的免疫力,還能充分利用磁場(chǎng)的相反極性來抵消對(duì)外界的電磁干擾。雖說這種做法在大多數(shù)情況下是非常有利的,但不是絕對(duì)的,如果能保證讓它們得到充分的屏蔽,不受外界干擾,那么我們也就不需要再讓通過彼此的強(qiáng)耦合達(dá)到抗干擾和抑制 EMI 的目的了。
如何才能保證差分走線具有良好的隔離和屏蔽呢?增大與其它信號(hào)走線的間距是最基本的途徑之一,電磁場(chǎng)能量是隨著距離呈平方關(guān)系遞減的,一般線間距超過4倍線寬時(shí),它們之間的干擾就極其微弱了,基本可以忽略。
此外,通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用,這種結(jié)構(gòu)在高頻的(10G以上)IC封裝PCB設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)用采用,被稱為CPW結(jié)構(gòu),可以保證嚴(yán)格的差分阻抗控制。
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