差分信號PCB布局的3大誤區,不看後悔
發布時間:2016-12-07 責任編輯:sherry
【導讀】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。
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sui然ran差cha分fen電dian路lu對dui於yu類lei似si地di彈dan以yi及ji其qi它ta可ke能neng存cun在zai於yu電dian源yuan和he地di平ping麵mian上shang的de噪zao音yin信xin號hao是shi不bu敏min感gan的de。地di平ping麵mian的de部bu分fen回hui流liu抵di消xiao並bing不bu代dai表biao差cha分fen電dian路lu就jiu不bu以yi參can考kao平ping麵mian作zuo為wei信xin號hao返fan回hui路lu徑jing,其qi實shi在zai信xin號hao回hui流liu分fen析xi上shang,差cha分fen走zou線xian和he普pu通tong的de單dan端duan走zou線xian的de機ji理li是shi一yi致zhi的de,即ji高gao頻pin信xin號hao總zong是shi沿yan著zhe電dian感gan最zui小xiao的de回hui路lu進jin行xing回hui流liu,最zui大da的de區qu別bie在zai於yu差cha分fen線xian除chu了le有you對dui地di的de耦ou合he之zhi外wai,還hai存cun在zai相xiang互hu之zhi間jian的de耦ou合he,哪na一yi種zhong耦ou合he強qiang,那na一yi種zhong就jiu成cheng為wei主zhu要yao的de回hui流liu通tong路lu。

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(cheng)EMI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:
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;
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(zhi)EMI demudele。ruhecainengbaozhengchafenzouxianjuyoulianghaodegelihepingbine?zengdayuqitaxinhaozouxiandejianjushizuijibendetujingzhiyi,diancichangnengliangshisuizhejulichengpingfangguanxidijiande,yibanxianjianjuchaoguo4 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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