我喜歡參加體育賽事。空氣中充滿了興奮,出于相同的原因,與成千上萬的其他人在同一個地方是一件特別的事情。我唯一不喜歡參加游戲的是過多的噪音或其他對話的干擾。盡管這種干擾僅僅是體育賽事的令人不快的副作用,但對于PCB而言,不僅僅是干擾。電磁干擾(EMI)會嚴重影響信號完整性在你的板上;但是,有些路由選項可以幫助最大程度地減少這種影響。使用差分對布線可以幫助保護板上的敏感信號,因為它們幾乎不受共模噪聲的影響,并減少了流經接地層的電流。但是,差分對具有各自的缺點,因此您必須管理走線寬度,銅線重量,阻抗和電流 以避免在PCB上散布EMI并導致線對本身發生時序不匹配。
差分對的優缺點
如果差分對很難布線,那么為什么要花時間和精力來使用它們呢?答案是,差分對具有自然的抗共模噪聲特性,幾乎沒有通過接地層的回波,最大程度地降低了信號損耗,并提高了信噪比(SNR)。它們也被緊密地連接在一起,這意味著外部噪聲會使成對信號偏移大約相同的量,從而增加了它們的噪聲抑制能力。此外,由于電流是通過其中一條走線返回的,因此實際上很少有電流通過接地層流到系統中的其他地方。這意味著,如果正確布線,差分對可以跨越模擬/數字平面和電源邊界,而不會引起太多的EMI。
在不利的一面,差分對顯然占據更多空間,并且需要仔細的布線和阻抗匹配。如果差分對的布線不正確,它們可能會向您的其他電路中注入大量噪聲,從而可能引起比他們難以解決的麻煩。
熱門路由提示
您需要遵循以下三個主要的差分對布線規則或技巧,以保持信號完整性并防止差分對在PCB信號中產生噪聲。要記住的最重要的一點是,在堅持CM的同時,盡量保持走線的長度布局公差 并確保在整個走線長度上阻抗匹配。
提示1:匹配跡線長度
差分對的主要優點是正信號和負信號如何同時到達它們的目的地。當然,這僅在攜帶信號的跡線具有相同長度的情況下適用。不同的通信協議有其自身的偏斜要求,并帶有長度公差。但是,即使您處于誤差范圍之內,也最好追求完美。當差分對走線的長度不同時,實際上會在接地層中感應出微小電流,這使它們的主要優勢之一消失了。如果要路由高速信號,則可能會帶來實際問題,并可能導致嚴重的EMI。可以通過充分利用曲折,添加跡線段以恢復長度匹配來避免這種情況。
提示2:減少走線之間的分隔距離
使差分對走線保持靠近不僅可以節省空間,還可以減少將來發生故障的可能性。即使您完全匹配了跡線的長度,它們仍將在其下面的平面上直接感應出電流。從理論上講,這些電流應相等且相反,但它們的流量仍將構成一個電流環路,與引起EMI的環路相同。在低速應用中,此噪聲可能很小,但如果傳輸高速信號,則噪聲會增大。保持一對靠近在一起將減小環路面積,從而將EMI降至最低。
提示3:保持匹配的阻抗
當差分對靠近布線時,它們將相互感應產生電流。如果兩對線之間的距離相等,并且行程盡可能長,則這種相互感應的串擾將大部分被拒絕。當走線之間的距離改變時,差分阻抗也會改變,從而導致失配。由于各種其他原因,包括通孔的層變化,也會導致阻抗差異。可能不必精確計算每條走線的阻抗。但是,為了降低差分對的感應EMI,您應盡可能使它們的阻抗匹配。
差分對路由可能會很痛苦,但是如果正確完成,它可以帶給您與團隊帶來勝利一樣的勝利快感。通過遵循上述三個設計技巧,可以最大程度地降低噪聲對信號的負面影響。
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