PCB-Technologie - Vorteile der Leiterplattenververdrahtung in Leiterplatten

Differentielle Signalpaare mit sehr enger Verkabelung werden ebenfalls eng miteinander gekoppelt. Diese gegenseitige Kopplung wird die EMI-Emissionen verringern. In Leiterplattenlayout, Der Hauptnachteil von Differenzsignalleitungen ist, dass sie die Fläche der Leiterplatte vergrößern. Dieser Artikel stellt die Schaltung vor Die Layoutstrategie der differentiellen Signalleitung wird im Leiterplattendesignprozess übernommen.

Wie wir alle wissen, hat das Signal die Eigenschaft, entlang der Signalleitung oder unter der Leiterplattenleitung zu übertragen. Auch wenn wir mit der Single-End-Mode-Verdrahtungsstrategie möglicherweise nicht vertraut sind, unterscheidet der Begriff Single-End diese Übertragungsmerkmale des Signals von den Differential-Mode- und Gleichtaktsignalübertragungsmethoden. In Zukunft sind die beiden letztgenannten Signalübertragungsverfahren meist komplizierter.

Differenzieller und gemeinsamer Modus

Das Differenzialmodensignal wird über ein Paar Signalleitungen übertragen. Eine Signalleitung überträgt das Signal, das wir normalerweise verstehen; Die andere Signalleitung sendet ein Signal von gleichem Wert, aber entgegengesetzter Richtung (zumindest theoretisch). Differential- und Single-Ended-Modi unterscheiden sich beim ersten Auftreten nicht viel, da alle Signale Schleifen haben.

Das Signal im Single-End-Modus wird normalerweise über eine Nullspannungsschaltung (oder genannt Masse) zurückgegeben. Jedes Signal im Differenzsignal muss durch den Erdkreis zurückgegeben werden. Da jedes Signalpaar tatsächlich gleich und umgekehrt ist, heben sich die Rücklaufschaltungen einfach gegenseitig auf, so dass es keine Rücklaufkomponenten des Differenzsignals auf der Nullspannungs- oder Masseschaltung gibt.

Common Mode bedeutet, dass das Signal auf zwei Signalleitungen eines (differentiellen) Signalleitungspaares oder auf der einseitigen Signalleitung und der Masse gleichzeitig erscheint. Das Verständnis dieses Konzepts ist nicht intuitiv, da es schwer vorstellbar ist, wie ein solches Signal erzeugt werden kann. Dies liegt vor allem daran, dass wir normalerweise keine Gleichtaktsignale erzeugen. Die meisten Gleichtaktsignale sind Rauschsignale, die in der Schaltung unter hypothetischen Bedingungen erzeugt oder durch benachbarte oder externe Signalquellen eingekoppelt werden. Gleichtaktsignale sind fast immer "schädlich", und viele Designregeln sind so konzipiert, dass Gleichtaktsignale nicht angezeigt werden.

Routing von Differenzsignalleitungen

Normalerweise (mit einigen Ausnahmen) sind Differentialsignale auch Hochgeschwindigkeitssignale, so dass Hochgeschwindigkeitsdesignregeln normalerweise für das Routing von Differentialsignalen gelten, insbesondere beim Entwurf von Signalleitungen wie Übertragungsleitung 1. Dies bedeutet, dass wir die Verdrahtung der Signalleitung sorgfältig entwerfen müssen, um sicherzustellen, dass die charakteristische Impedanz der Signalleitung entlang der Signalleitung kontinuierlich und konstant ist.

Beim Layout- und Routingprozess des Differentialpaars hoffen wir, dass die beiden Leiterplattenleitungen im Differentialpaar genau gleich sind. Dies bedeutet, dass in praktischen Anwendungen der größte Aufwand unternommen werden sollte, um sicherzustellen, dass die Leiterplattenleitungen im Differenzialpaar exakt die gleiche Impedanz haben und die Länge der Verdrahtung genau gleich ist. Differentielle Leiterplattenleitungen werden normalerweise paarweise geführt, und der Abstand zwischen ihnen wird an jeder Position entlang der Linienpaarrichtung konstant gehalten. Unter normalen Umständen erfolgt die Platzierung und das Routing von Differentialpaaren immer so nah wie möglich.

In PCB-Design, die Vorteile von Differenzsignalen

Singalende Signale beziehen sich immer auf eine Art "Referenzpegel". Dieser "Referenzpegel" kann eine positive Spannung oder Erdungsspannung, die Schwellenspannung eines Geräts oder ein anderes Signal anderswo sein. Andererseits bezieht sich das Differenzsignal immer auf die andere Seite des Differenzpaares. Mit anderen Worten, wenn die Spannung auf einer Signalleitung (+ Signal) höher ist als die Spannung auf einer anderen Signalleitung (- Signal), dann können wir einen Logikzustand erhalten; Und wenn ersteres niedriger ist als letzteres, dann können wir einen anderen Logikzustand erhalten, siehe Abbildung 1.

Differenzsignale haben folgende Vorteile: 1. Das Timing ist genau definiert, da der Schnittpunkt des Steuersignalleitungspaares einfacher ist als der absolute Spannungswert des Steuersignals relativ zu einem Referenzpegel. Dies ist auch einer der Gründe, warum es notwendig ist, die gleichlange Verdrahtung des Differenzialpaares genau zu realisieren. Wenn das Signal nicht gleichzeitig das andere Ende des Differenzialpaares erreichen kann, wird jede Zeitsteuerung, die die Quelle bereitstellen kann, stark beeinträchtigt. Wenn das Signal am äußersten Ende der Differenzlinie nicht im strengen Sinne gleich, sondern umgekehrt ist, tritt Gleichtaktrauschen auf, was Probleme bei der Signaltimierung und EMI verursachen wird. 2. Da Differentialsignale sich nicht auf andere Signale als ihre eigenen beziehen und das Timing von Signalüberquerungspunkten strenger steuern können, können Differentialschaltungen normalerweise mit höheren Geschwindigkeiten als herkömmliche einseitige Signalschaltungen arbeiten.

Da der Betrieb der Differenzschaltung von der Differenz zwischen den Signalen auf den beiden Signalleitungen abhängt (ihre Signale sind gleich, aber entgegengesetzt), ist das erhaltene Signal im Vergleich zum Umgebungsrauschen doppelt so groß wie jedes einzelne Signal. Daher hat das Differenzsignal unter allen anderen Bedingungen immer ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis und bietet somit eine höhere Leistung.

Die Differenzialschaltung reagiert sehr empfindlich auf die Differenz zwischen den Signalpegeln auf dem Differenzialpaar. Aber im Vergleich zu einigen anderen Referenzen (insbesondere Masse) sind sie nicht empfindlich auf den absoluten Spannungswert auf der Differenzleitung. Relativ gesehen sind Differentialschaltungen unempfindlich gegenüber Problemen wie Ground Bounces und anderen Rauschsignalen, die auf der Leistungs- und Erdungsebene existieren können, während sie bei Gleichtaktsignalen jeweils genau auftreten. Eine Signalleitung.

Differentialsignale haben auch eine gewisse Immunität gegen EMI und Übersprecherkupplung zwischen Signalen. Wenn die Verdrahtung eines Paares von differentiellen Signalpaaren sehr kompakt ist, wird jedes extern gekoppelte Rauschen mit jeder Signalleitung im Paar in gleichem Maße gekoppelt. Daher wird das gekoppelte Rauschen zu "Common Mode"-Rauschen, und die Differenzsignalschaltung hat perfekte Immunität gegen dieses Signal. Wenn das Drahtpaar verdreht ist (z. B. verdreht), ist der Signaldraht immuner gegen gekoppeltes Rauschen. Da es unmöglich ist, die Differenzsignale auf der Leiterplatte leicht zu verdrehen, ist es eine sehr gute Möglichkeit, ihre Verkabelung in praktischen Anwendungen so nah wie möglich zusammenzustellen.

Differenzielle Signalpaare, die sehr nah aneinander geführt werden, sind ebenfalls eng miteinander gekoppelt. Diese gegenseitige Kopplung wird die EMI-Emissionen verringern, insbesondere im Vergleich zu Single-End PCB-Signal Linien. Man kann sich vorstellen, dass die externe Strahlung jeder Signalleitung im Differenzsignal gleich groß ist, aber in Richtung entgegengesetzt, so werden sie sich gegenseitig aufheben, genau wie das Signal in einem verdrehten Paar. Je näher die Differenzsignale geführt werden, je stärker die Kopplung zwischen ihnen, und je kleiner die externe EMI-Strahlung.

Der Hauptnachteil der Differenzschaltung ist das Hinzufügen von Leiterplattenleitungen. Wenn also die Vorteile von Differenzsignalen nicht im Applikationsprozess genutzt werden können, lohnt es sich nicht, die Leiterplattenfläche zu vergrößern. Aber wenn es eine wesentliche Verbesserung der Leistung der entworfenen Schaltung gibt, lohnt sich der Preis für die erhöhte Verdrahtungsfläche.