PCBニュース - PCB差動信号設計における共通の誤解

誤解1：差動信号が帰還経路として接地面を必要としない, または、差分トレースが互いに逆のパスを提供する. この誤解の理由は、彼らが表面現象によって混乱しているということです, または高速信号伝送のメカニズムは十分ではない. 図1 - 8 - 15の受信端の構造から, トランジスタQ 3およびQ 4のエミッタ電流が等しく、反対であることが分かる, and their currents at the ground exactly cancel each other (I1=0), したがって、差動回路は同様のバウンスであり、電力および接地面に存在する他のノイズ信号は、鈍感である. グランドプレーンの部分的リターンキャンセルは、差動回路が信号戻り経路として参照面を使用しないことを意味しない. 事実上, 信号戻り解析, 差動配線と通常のシングルエンド配線のメカニズムは同じである, それで, 高周波信号は常に最小インダクタンスでループに沿ってリフローされる, 最大の違いは、地面とのカップリングに加えて, 差動線も相互結合を有する. どの結合が強いか, どちらがメインリターンパスになりますか. シングルエンド信号及び差動信号の地磁気分布の概略図である.

イン PCB回路設計, 差動トレース間の結合は一般に小さい, 多くの場合、結合度の10〜, そして、より多くは地面へのカップリングです, したがって、差動トレースの主なリターンパスは、接地面に依然として存在する . 地面が不連続であるとき, 差動トレース間の結合は、基準面のない領域の主復帰経路を提供する, 図1 - 8 - 17に示すように. 基準面の不連続性が差動トレースに及ぼす影響は、通常のシングルエンドトレースと同じではない, それは、まだ、差動信号の品質を減らして、EMI, 可能な限り避けるべき. いくつかの設計者は、差動トレースの下の基準面を差動伝送におけるいくつかのコモンモード信号を抑圧するために除去することができると考えている. しかし, このアプローチは理論上望ましくない. インピーダンス制御法? コモンモード信号に接地インピーダンスループを設けることは、EMI放射線を必然的に引き起こす. このアプローチは善よりも害になる.

誤解2：同じ間隔を保つことは、線長. 実際には PCBレイアウト, 同時に、差動設計の要件を満たすことはできない. ピン分布の存在により, ヴィアス, 配線スペース, 線長整合の目的は、適切な巻き取りによって達成されなければならない, しかし、結果は、差動対のいくつかの領域が並列であるはずがないということでなければなりません. この時点で何をすべきか? どの選択? 結論を出す前に, 以下のシミュレーション結果を見てみましょう.

上記のシミュレーション結果から, スキーム1とスキーム2の波形はほぼ一致している, 即ち, 不等間隔による衝撃は最小である. 比較で, 線長の不一致は、タイミングに対してずっと大きな影響を与える. (（第3案）). 理論解析から, 矛盾した間隔は、差動インピーダンスを変化させる, 差動対自体の間の結合が重要でないので, インピーダンス変化範囲も非常に小さい, 通常10 %以内, これは1つのパス. 穴による反射は信号伝送に重大な影響を与えない. 一度線長が一致しない, タイミングオフセットに加えて, 差動信号にコモンモード成分が導入される, これは、信号の品質を減らし、EMIを増加させる.

PCB差動トレースの設計における最も重要な規則は、整合線長であると言える, その他の規則は設計要件や実際の用途に応じて柔軟に扱うことができる.

誤解3：差動配線は非常に近いと思う. 微分トレースを閉じることは、それらの結合を強化するよりも何もない, ノイズに対する耐性を向上させることはできない, しかし、また、外部の世界への電磁干渉を相殺するために磁場の反対極性をフルに利用する. このアプローチはほとんどの場合非常に有益ですが, 絶対ではない. 我々が彼らが完全に外部干渉から遮蔽されることを確実とすることができるならば, それから、我々は反干渉を成し遂げるために強い結合を使う必要はありません. とEMI抑制の目的. 微分トレースの良い分離と遮蔽を確実にする方法? 他の信号トレースとの間隔を増やすことは最も基本的な方法の一つである. 電磁界エネルギーは距離の2乗で減少する. 一般に, 線間隔が線幅の4倍を超えるとき, それらの干渉は非常に弱い. 無視できる. 加えて, 接地面による絶縁も良好な遮蔽効果を果たすことができる. This structure is often used in high-frequency (above 10G) IC package PCB設計. CPW構造と呼ばれる, 厳密な微分インピーダンスを保証できる. Control (2Z0).

差動トレースは、異なる信号層でも動作することができる, しかし、この方法は, 異なる層によって作り出されたインピーダンスとビアの違いは、差動モード伝送の効果を破壊し、コモンモードノイズを導入する. 加えて, 隣接する2つの層が緊密に結合されていない場合, それは、ノイズに抵抗するために微分トレースの能力を減らす, しかし、周囲のトレースから適切な距離を維持することができます, クロストークは問題ではない. At general frequencies (below GHz), EMIは深刻な問題ではない. 実験では、500 km離れた距離における放射線の減衰量が3 mの距離で60 dBに達していることを示した, FCC電磁放射線規格を満たすのに十分である, したがって、設計者は、不十分な差動線結合に起因する電磁不等式についてあまり心配する必要はない.

以上が、PCB差動信号設計における一般的な誤解. IPCBも提供されて PCBメーカー とPCB製造技術.