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pcb layout初學(xué)者如何理解差分信號(hào)

時(shí)間：2019-01-17 00:00:00 來源：信盈達(dá) 作者：信盈達(dá)

什么是差分信號(hào)? 通俗地說，就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào)，接收端通過比較這兩個(gè)電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對線就稱為差分線。差分線阻抗怎么算?各種差分信號(hào)的阻抗都不一樣的，比如USB的D+ D-，差分線阻抗是90ohm，1394的差分線是110ohm，最好先看看規(guī)格書或者相關(guān)資料?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多計(jì)算阻抗工具，比如polar的si9000，影響差分阻抗的因素有線寬、差分線間距、介質(zhì)介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度(差分線到參考面之間的介質(zhì)厚度)，一般是調(diào)整差分線間距和線寬來控制差分阻抗的。做板的時(shí)候也要跟廠家說明哪些線要控制阻抗。一個(gè)差分信號(hào)是用一個(gè)數(shù)值來表示兩個(gè)物理量之間的差異。從嚴(yán)格意義上來講,所有電壓信號(hào)都是差分的,因?yàn)橐粋€(gè)電壓只能是相對于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統(tǒng)里,系統(tǒng)'地'被用作電壓基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)'地'當(dāng)作電壓測量基準(zhǔn)時(shí),這種信號(hào)規(guī)劃被稱之為單端的。我們使用該術(shù)語是因?yàn)樾盘?hào)是用單個(gè)導(dǎo)體上的電壓來表示的。

  對于 PCB LAYOUT工程師來說，最關(guān)注的還是如何確保在實(shí)際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢。也許只要是接觸過 Layout 的人都會(huì)了解差分走線的一般要求，pcb設(shè)計(jì)那就是“等長、等距”。等長是為了保證兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)刻保持相反極性，減少共模分量;等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射?！氨M量靠近原則”有時(shí)候也是差分走線的要求之一。 差分走線也可以走在不同的信號(hào)層中，但一般不建議這種走法，因?yàn)椴煌膶赢a(chǎn)生的諸如阻抗、過孔的差別會(huì)破壞差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼?。此外，如果相鄰兩層耦合不夠緊密的話，會(huì)降低差分走線抵抗噪聲的能力，但如果能保持和周圍走線適當(dāng)?shù)拈g距，串?dāng)_就不是個(gè)問題。在一般頻率(GHz 以下)，EMI 也不會(huì)是很嚴(yán)重的問題，實(shí)驗(yàn)表明，相距 500Mils 的差分走線，在3 米之外的輻射能量衰減已經(jīng)達(dá)到 60dB，足以滿足 FCC 的電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)，所以設(shè)計(jì)者根本不用過分擔(dān)心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題。但所有這些規(guī)則都不是用來生搬硬套的，不少工程師似乎還不了解高速差分信號(hào)傳輸?shù)谋举|(zhì)。下面重點(diǎn)討論一下 PCB 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見的誤區(qū)。

  認(rèn)為差分走線一定要靠的很近。讓差分走線靠近無非是為了增強(qiáng)他們的耦合，既可以提高對噪聲的免疫力，還能充分利用磁場的相反極性來抵消對外界的電磁干擾。雖說這種做法在大多數(shù)情況下是非常有利的，但不是絕對的，如果能保證讓它們得到充分的屏蔽，不受外界干擾，那么我們也就不需要再讓通過彼此的強(qiáng)耦合達(dá)到抗干擾和抑制 EMI 的目的了。如何才能保證差分走線具有良好的隔離和屏蔽呢?增大與其它信號(hào)走線的間距是最基本的途徑之一，電磁場能量是隨著距離呈平方關(guān)系遞減的，一般線間距超過4 倍線寬時(shí)，它們之間的干擾就極其微弱了，基本可以忽略。此外，通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結(jié)構(gòu)在高頻的(10G 以上)IC 封裝PCB 設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)用采用，被稱為 CPW 結(jié)構(gòu)，可以保證嚴(yán)格的差分阻抗控制(2Z0).

 
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我實(shí)際工作的體會(huì)：

如圖，大電流的模塊要挨近電源，弱電走向強(qiáng)電；數(shù)字地、模擬地一點(diǎn)共地；高頻的器件電源線、地線要避免長線；每個(gè)數(shù)字 ic 電源腳與接地腳之間，以最短路徑焊接高頻濾波電容，如 CC1 高頻瓷介電容，重要部位加鉭電容濾波。干擾大的部位用示波器就可以看清楚。


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