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PCB設(shè)計(jì)布線繪制性能良好差分線的方法

發(fā)布時(shí)間 :2017-10-19 15:10 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
       在說(shuō)明差分對(duì)PCB設(shè)計(jì)布線重要性之前,首先來(lái)看下教材中列出影響傳輸線阻抗因素:走線線寬、線長(zhǎng)、線厚、側(cè)壁形狀、阻焊層覆蓋范圍和傳輸線介質(zhì)是明顯的影響因素。而介電常數(shù)和介質(zhì)厚度也會(huì)影響傳輸線阻抗精度,具體計(jì)算公式請(qǐng)參考信號(hào)完整性分析相關(guān)書籍。知道這些影響因素,可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出好的走線,特別是在需要明確走線阻抗的時(shí)候,通過(guò)相關(guān)的軟件來(lái)調(diào)整走線寬度和厚度等都可以完成固定阻抗的走線。
 
  差分對(duì),之所以是叫差分對(duì),是因?yàn)樗厦鎮(zhèn)魉偷男盘?hào)等于兩個(gè)互補(bǔ)并且彼此互為參考的信號(hào)之間的差值,因此可以極大地降低外部對(duì)其的干擾。差分對(duì)的PCB設(shè)計(jì)布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫?。所謂適當(dāng)?shù)目拷且驗(yàn)檫@間距會(huì)影響到差分阻抗(differential impedance)的值,此值是設(shè)計(jì)差分對(duì)的重要參數(shù)。需要平行走線。在電路設(shè)計(jì)中,如果所有的信號(hào)線都采用單端線,做好了阻抗設(shè)計(jì),一般情況下系統(tǒng)是可以正常工作的,一旦信號(hào)線兩端的地電位不同,甚至差距比較大,則會(huì)引起系統(tǒng)不能正常工作,而采用差分對(duì)PCB設(shè)計(jì)布線或者走線是一種有效的解決方法。因?yàn)椴罘志€具有等長(zhǎng),等阻抗,經(jīng)過(guò)近似相同的環(huán)境,這在穩(wěn)定信號(hào)上有著先天的優(yōu)勢(shì)。
 
  在原理圖設(shè)計(jì)中,差分信號(hào)通常以“_N”和“_P”作為后輟進(jìn)行標(biāo)記,差分線可以有效解決信號(hào)源和負(fù)載之間沒有良好的參考地連,可抑制電子產(chǎn)品的干擾和減小信號(hào)線對(duì)外產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)。
  那么,為什么差分線能有效的消除噪聲呢?首先我們看下在布差分線時(shí)的常規(guī)要求:差分線在設(shè)計(jì)時(shí)要保證兩條線的長(zhǎng)度相等,通常在5%之內(nèi)。兩條差分線之間有3w的距離和差分線周圍包地都是很好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這樣,一方面,差分線的兩條信號(hào)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,以此降低EMI;另一方面,差分對(duì)信號(hào)線假如同時(shí)引入外部噪聲干擾信號(hào),因?yàn)槿∑洳罘纸Y(jié)果,這樣可以很好的消去噪聲,這與經(jīng)典的三運(yùn)放放大器有著異曲同工之妙。
 
  在繪制PCB差分對(duì)的走線時(shí),盡量在同一層進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)布線,差分對(duì)走線換層會(huì)由于增加了過(guò)孔,會(huì)引入阻抗的不連續(xù)。其次,若換層還會(huì)使回路電流沒有一個(gè)好的低阻抗回路,會(huì)存在RF回路,若差分對(duì)較長(zhǎng),那么共模的RF能量就會(huì)產(chǎn)生影響了。還有一個(gè)原因是差分對(duì)在不同板層之間有不同的信號(hào)傳輸速度,在信號(hào)完整性分析相關(guān)資料中都能看到信號(hào)在微帶線上傳輸比帶狀線快,這也會(huì)引起一定的時(shí)間延時(shí)。在連接方面,還要注意差分對(duì)的連接問(wèn)題,如果負(fù)載不是直接負(fù)載而是有容性負(fù)載,那么可能會(huì)引入EMI。在電路設(shè)計(jì)方面也需要注意終端的阻抗匹配,防止發(fā)送反射而引入EMI問(wèn)題。
 
  關(guān)于終端阻抗匹配,差分信號(hào)傳輸我們通常采用差模模式,還有一種傳輸模式是共模模式。其終端電阻配對(duì)參考設(shè)計(jì)如下所示:
終端電阻配對(duì)參考設(shè)計(jì)
 
  匹配電阻的大小通常用阻抗分析儀進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)定。
  對(duì)于我們常用的差模終端匹配電阻,通常選用50歐姆或者100歐姆進(jìn)行,實(shí)際中也需要進(jìn)一步的匹配。由于差模模式傳輸?shù)男盘?hào)是相互間的參考而與地?zé)o關(guān),因此沒有了共模的RF能量。也可以在設(shè)計(jì)初定為共模差模模式,在后期調(diào)試過(guò)程中采用不同的模式進(jìn)行比較,這也不失為一種好方法。


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