【總結】PCB布局布線時差分信號常見的3個誤區
發布時間:2019-03-28 責任編輯:lina
【導讀】認(ren)為(wei)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)不(bu)需(xu)要(yao)地(di)平(ping)麵(mian)作(zuo)為(wei)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing),或(huo)者(zhe)認(ren)為(wei)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)彼(bi)此(ci)為(wei)對(dui)方(fang)提(ti)供(gong)回(hui)流(liu)途(tu)徑(jing)。造(zao)成(cheng)這(zhe)種(zhong)誤(wu)區(qu)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)被(bei)表(biao)麵(mian)現(xian)象(xiang)迷(mi)惑(huo),或(huo)者(zhe)對(dui)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)的(de)機(ji)理(li)認(ren)識(shi)還(hai)不(bu)夠(gou)深(shen)入(ru)。
誤區一:認(ren)為(wei)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)不(bu)需(xu)要(yao)地(di)平(ping)麵(mian)作(zuo)為(wei)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing),或(huo)者(zhe)認(ren)為(wei)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)彼(bi)此(ci)為(wei)對(dui)方(fang)提(ti)供(gong)回(hui)流(liu)途(tu)徑(jing)。造(zao)成(cheng)這(zhe)種(zhong)誤(wu)區(qu)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)被(bei)表(biao)麵(mian)現(xian)象(xiang)迷(mi)惑(huo),或(huo)者(zhe)對(dui)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)的(de)機(ji)理(li)認(ren)識(shi)還(hai)不(bu)夠(gou)深(shen)入(ru)。雖然差分電路對於類似地彈以及其它可能存在於電源和地平麵上的噪音信號是不敏感的。地平麵的部分回流抵消並不代表差分電路就不以參考平麵作為信號返回路徑,其實在信號回流分析上,差分走線和普通的單端走線的機理是一致的,即高頻信號總是沿著電感最小的回路進行回流,最大的區別在於差分線除了有對地的耦合之外,還存在相互之間的耦合,哪一種耦合強,那一種就成為主要的回流通路。
在PCB 電路設計中,一般差分走線之間的耦合較小,往往隻占10~20%deouhedu,gengduodehaishiduidideouhe,suoyichafenzouxiandezhuyaohuiliulujinghaishicunzaiyudipingmian。dangdipingmianfashengbulianxudeshihou,wucankaopingmiandequyu,chafenzouxianzhijiandeouhecaihuitigongzhuyaodehuiliutonglu。jinguancankaopingmiandebulianxuduichafenzouxiandeyingxiangmeiyouduiputongdedanduanzouxianlaideyanzhong,danhaishihuijiangdichafenxinhaodezhiliang,zengjiaEMI,要yao盡jin量liang避bi免mian。也ye有you些xie設she計ji人ren員yuan認ren為wei,可ke以yi去qu掉diao差cha分fen走zou線xian下xia方fang的de參can考kao平ping麵mian,以yi抑yi製zhi差cha分fen傳chuan輸shu中zhong的de部bu分fen共gong模mo信xin號hao,但dan從cong理li論lun上shang看kan這zhe種zhong做zuo法fa是shi不bu可ke取qu的de,阻zu抗kang如ru何he控kong製zhi?不bu給gei共gong模mo信xin號hao提ti供gong地di阻zu抗kang回hui路lu,勢shi必bi會hui造zao成chengEMI 輻射,這種做法弊大於利。
所以要保持PCB地線層返回路徑寬而短。盡量不要跨島(跨過相鄰電源或地層的分隔區域。)比如主板設計中的USB和SATA及PCI-EXPRESS等最好不要有跨島的做法。保證這些信號的下麵是個完整地平麵或電源平麵。
誤區二:認為保持等間距比匹配線長更重要。在實際的PCB 布bu線xian中zhong,往wang往wang不bu能neng同tong時shi滿man足zu差cha分fen設she計ji的de要yao求qiu。由you於yu管guan腳jiao分fen布bu,過guo孔kong,以yi及ji走zou線xian空kong間jian等deng因yin素su存cun在zai,必bi須xu通tong過guo適shi當dang的de繞rao線xian才cai能neng達da到dao線xian長chang匹pi配pei的de目mu的de,但dan帶dai來lai的de結jie果guo必bi然ran是shi差cha分fen對dui的de部bu分fen區qu域yu無wu法fa平ping行xing,其qi實shi間jian距ju不bu等deng造zao成cheng的de影ying響xiang是shi微wei乎hu其qi微wei的de,相xiang比bi較jiao而er言yan,線xian長chang不bu匹pi配pei對dui時shi序xu的de影ying響xiang要yao大da得de多duo。再zai從cong理li論lun分fen析xi來lai看kan,間jian距ju不bu一yi致zhi雖sui然ran會hui導dao致zhi差cha分fen阻zu抗kang發fa生sheng變bian化hua,但dan因yin為wei差cha分fen對dui之zhi間jian的de耦ou合he本ben身shen就jiu不bu顯xian著zhu,所suo以yi阻zu抗kang變bian化hua範fan圍wei也ye是shi很hen小xiao的de,通tong常chang在zai10%以yi內nei,隻zhi相xiang當dang於yu一yi個ge過guo孔kong造zao成cheng的de反fan射she,這zhe對dui信xin號hao傳chuan輸shu不bu會hui造zao成cheng明ming顯xian的de影ying響xiang。而er線xian長chang一yi旦dan不bu匹pi配pei,除chu了le時shi序xu上shang會hui發fa生sheng偏pian移yi,還hai給gei差cha分fen信xin號hao中zhong引yin入ru了le共gong模mo的de成cheng分fen,降jiang低di信xin號hao的de質zhi量liang,增zeng加jia了leEMI。
可以這麼說,PCB 差cha分fen走zou線xian的de設she計ji中zhong最zui重zhong要yao的de規gui則ze就jiu是shi匹pi配pei線xian長chang,其qi它ta的de規gui則ze都dou可ke以yi根gen據ju設she計ji要yao求qiu和he實shi際ji應ying用yong進jin行xing靈ling活huo處chu理li。同tong時shi為wei了le彌mi補bu阻zu抗kang的de匹pi配pei可ke以yi采cai用yong接jie收shou端duan差cha分fen線xian對dui之zhi間jian加jia一yi匹pi配pei電dian阻zu。 其值應等於差分阻抗的值。這樣信號品質會好些。
所以建議如下兩點:
(A)使用終端電阻實現對差分傳輸線的最大匹配,阻值一般在90~130Ω之間,係統也需要此終端電阻來產生正常工作的差分電壓;
(B)最好使用精度1~2%的表麵貼電阻跨接在差分線上,必要時也可使用兩個阻值各為50Ω的電阻,並在中間通過一個電容接地,以濾去共模噪聲。
通常對於差分信號的CLOCK等要求等長的匹配要求是+/-10mils之內。
誤區三:認ren為wei差cha分fen走zou線xian一yi定ding要yao靠kao的de很hen近jin。讓rang差cha分fen走zou線xian靠kao近jin無wu非fei是shi為wei了le增zeng強qiang他ta們men的de耦ou合he,既ji可ke以yi提ti高gao對dui噪zao聲sheng的de免mian疫yi力li,還hai能neng充chong分fen利li用yong磁ci場chang的de相xiang反fan極ji性xing來lai抵di消xiao對dui外wai界jie的de電dian磁ci幹gan擾rao。雖sui說shuo這zhe種zhong做zuo法fa在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia是shi非fei常chang有you利li的de,但dan不bu是shi絕jue對dui的de,如ru果guo能neng保bao證zheng讓rang它ta們men得de到dao充chong分fen的de屏ping蔽bi,不bu受shou外wai界jie幹gan擾rao,那na麼me我wo們men也ye就jiu不bu需xu要yao再zai讓rang通tong過guo彼bi此ci的de強qiang耦ou合he達da到dao抗kang幹gan擾rao和he抑yi製zhiEMI 的de目mu的de了le。如ru何he才cai能neng保bao證zheng差cha分fen走zou線xian具ju有you良liang好hao的de隔ge離li和he屏ping蔽bi呢ne?增zeng大da與yu其qi它ta信xin號hao走zou線xian的de間jian距ju是shi最zui基ji本ben的de途tu徑jing之zhi一yi,電dian磁ci場chang能neng量liang是shi隨sui著zhe距ju離li呈cheng平ping方fang關guan係xi遞di減jian的de,一yi般ban線xian間jian距ju超chao過guo4 倍線寬時,它們之間的幹擾就極其微弱了,基本可以忽略。此外,通過地平麵的隔離也可以起到很好的屏蔽作用,這種結構在高頻的(10G 以上)IC 封裝PCB 設計中經常會用采用,被稱為CPW 結構,可以保證嚴格的差分阻抗控製(2Z0)。
差分走線也可以走在不同的信號層中,但一般不建議這種走法,因為不同的層產生的諸如阻抗、guokongdechabiehuipohuaichamochuanshudexiaoguo,yinrugongmozaosheng。ciwai,ruguoxianglinliangcengouhebugoujinmidehua,huijiangdichafenzouxiandikangzaoshengdenengli,danruguonengbaochihezhouweizouxianshidangdejianju,chuanraojiubushigewenti。zaiyibanpinlv(GHz 以下),EMI也不會是很嚴重的問題,實驗表明,相距500Mils 的差分走線,在3 米之外的輻射能量衰減已經達到60dB,足以滿足FCC 的電磁輻射標準,所以設計者根本不用過分擔心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題。
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