【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%的(de)耦(ou)合(he)度(du),更(geng)多(duo)的(de)還(hai)是(shi)對(dui)地(di)的(de)耦(ou)合(he),所(suo)以(yi)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)的(de)主(zhu)要(yao)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing)還(hai)是(shi)存(cun)在(zai)於(yu)地(di)平(ping)麵(mian)。當(dang)地(di)平(ping)麵(mian)發(fa)生(sheng)不(bu)連(lian)續(xu)的(de)時(shi)候(hou),無(wu)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)的(de)區(qu)域(yu),差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)才(cai)會(hui)提(ti)供(gong)主(zhu)要(yao)的(de)回(hui)流(liu)通(tong)路(lu)。盡(jin)管(guan)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)的(de)不(bu)連(lian)續(xu)對(dui)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)的(de)影(ying)響(xiang)沒(mei)有(you)對(dui)普(pu)通(tong)的(de)單(dan)端(duan)走(zou)線(xian)來(lai)的(de)嚴(yan)重(zhong),但(dan)還(hai)是(shi)會(hui)降(jiang)低(di)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)質(zhi)量(liang),增(zeng)加(jia)EMI,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 buxianzhong,wangwangbunengtongshimanzuchafenshejideyaoqiu。youyuguanjiaofenbu,guokong,yijizouxiankongjiandengyinsucunzai,bixutongguoshidangderaoxiancainengdadaoxianchangpipeidemude,dandailaidejieguobiranshichafenduidebufenquyuwufapingxing,qishijianjubudengzaochengdeyingxiangshiweihuqiweide,xiangbijiaoeryan,xianchangbupipeiduishixudeyingxiangyaodadeduo。zaiconglilunfenxilaikan,jianjubuyizhisuiranhuidaozhichafenzukangfashengbianhua,danyinweichafenduizhijiandeouhebenshenjiubuxianzhu,suoyizukangbianhuafanweiyeshihenxiaode,tongchangzai10%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(le)EMI。
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:renweichafenzouxianyidingyaokaodehenjin。rangchafenzouxiankaojinwufeishiweilezengqiangtamendeouhe,jikeyitigaoduizaoshengdemianyili,hainengchongfenliyongcichangdexiangfanjixinglaidixiaoduiwaijiededianciganrao。suishuozhezhongzuofazaidaduoshuqingkuangxiashifeichangyoulide,danbushijueduide,ruguonengbaozhengrangtamendedaochongfendepingbi,bushouwaijieganrao,namewomenyejiubuxuyaozairangtongguobicideqiangouhedadaokangganraoheyizhiEMI 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、過guo孔kong的de差cha別bie會hui破po壞huai差cha模mo傳chuan輸shu的de效xiao果guo,引yin入ru共gong模mo噪zao聲sheng。此ci外wai,如ru果guo相xiang鄰lin兩liang層ceng耦ou合he不bu夠gou緊jin密mi的de話hua,會hui降jiang低di差cha分fen走zou線xian抵di抗kang噪zao聲sheng的de能neng力li,但dan如ru果guo能neng保bao持chi和he周zhou圍wei走zou線xian適shi當dang的de間jian距ju,串chuan擾rao就jiu不bu是shi個ge問wen題ti。在zai一yi般ban頻pin率lv(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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