CUPLAREA DIFERENȚIALĂ
Perechile diferențiale funcționează bine numai dacă nu interacționează cu alte semnale. Cu toate acestea, soluțiile de compromis în trasare permit utilizarea rutei strânse a traseelor.
Noțiunile tradiționale de fluxuri de interfață paralelă încep să eșueze la viteze mai mari de 200 MHz datorită interacțiunii semnalelor din numărul mare de pneuri necesare pentru transmiterea unei cantități uriașe de informații. Soluția la această problemă este utilizarea interfețelor seriale care utilizează semnalizarea diferențială și asigură debitul necesar. Semnalarea diferențială oferă, de asemenea, niveluri radiații semnificativ mai mici, reduce numărul de pini de dispozitive și linii de semnal și oferă posibilitatea de a transmite semnale pe distanțe relativ mari.
Ce înseamnă acest lucru pentru dezvoltatorul PCB? Evident, un nou set de cerințe pentru proiectare. Aceste cerințe sunt centrate în jurul cablajului celor doi conductori unul lângă celălalt, dar acest lucru nu este la fel de simplu cum ar părea la început. Există o mulțime de materiale teoretice, însă realitatea poate prezenta surprize, cel puțin în ceea ce privește cerințele prezentate la placa de circuite imprimate.
Semnalarea diferențială implică transmiterea acelorași informații pe două conductori. Acesta utilizează două autobuze, cel puțin un emițător (conducător auto) cu semnale de ieșire pozitive și negative, și un receptor (receptor) pentru fiecare semnal. Conducătorul transmite semnalele inversate unul altuia. În timp ce un semnal de ieșire pozitiv coincide în fază cu semnalul de intrare de conducător auto merge de la mic la mare, semnalul de intrare de ieșire negativ inversat, se trece de la mare la mic. Figura 1 prezintă doi conducători auto, și emite un semnal diferențial calculat ca diferență între semnalele pozitive și negative. Scăderea semnalelor între ele se produce în receptorul diferențial.
Nu există nici o lipsă de opinii ale experților cu privire la terminologia ca ai nevoie să spui, „mod comun“ (mod comun), „mod diferențial“ (mod diferential) și chiar și „semnal val ciudat“ (nui-mode). Pur și simplu pune, un câștig teoretic extensivă a unei perechi diferențiale se produce atunci când semnale egale antifază transmise prin două fire. Acest lucru sugerează că conductorii sunt aranjate foarte aproape una de alta încât energia electrică emisă de fiecare conductor poate fi recepționat de către un alt (adică există o corelație și interferență). Principalele avantaje ale aplicării semnalelor egale și opuse transmise pe conductori spațiate strâns, după cum urmează:
1. Protecția împotriva zgomotului. Orice zgomot cauzat de unul dintre conductori va fi îndreptat în mod egal către celălalt conductor. Deoarece același zgomot în acest caz va fi prezent în ambele semnale, acest zgomot este eliminat în semnalul diferențial (diferențial).
2. Insensibilitatea la tensiunea de referință. În semnalul diferențial, există întotdeauna un anumit nivel de referință care permite utilizarea acestuia în cazul în care transmițătorul și receptorul au diferite tensiuni de alimentare diferite (teren diferit). Acest lucru ajută, de asemenea, la rezolvarea problemelor asociate cu volatilitatea tensiunilor cablurilor comune și la îmbunătățirea integrității semnalelor.
3. Reducerea interferențelor electromagnetice radiate. O astfel de interferență apare în principal în timpul comutării unui semnal de la o stare la alta. Deoarece ambele semnale diferențiale sunt comutate simultan, dar în afara fazei, radiația rezultată este compensată reciproc. În plus, fiecare dintre semnalele diferențiale are de obicei o amplitudine mică (în figura 1 amplitudinea este de 0,4 V), deci nivelul radiațiilor este de asemenea mic.
Și ultimul lucru în teorie este impedanța diferențială. Aceasta este determinată de impedanța individuală a conductorilor perechii și de legătura dintre ele.
Următoarele reprezintă un exemplu de creare a unei perechi diferențiale, pe baza cerințelor unor standarde actuale.
ZOD = 100 Ω ± 10%. Impedanță diferențială, care este unul dintre principalii factori. Impedanța individuală a fiecărui conductor poate fi de asemenea specificată și este, de obicei, aproape de 50 ohmi. Distanța dintre conductori și / sau lățimea conductorilor poate fi, de asemenea, determinată, dar dacă perechea de perechi diferențiale nu este specificată, valoarea impedanței diferențiale este folosită întotdeauna în mod implicit.
Conductorii perechii trebuie să se potrivească de-a lungul lungimii cu o precizie de 0,635 mm (0,025 inch). O valoare mai precisă nu joacă un rol special, dar poate fi redusă la transmiterea semnalelor la viteză mare. Astfel, conductorii fiecărei perechi trebuie să se potrivească de-a lungul lungimii.
Distanța dintre semnale diferite trebuie să fie de cel puțin 0,508 mm (0,020 inch). Aceasta este distanța dintre unul dintre conductorii perechii diferențiale și conductorul peste care este transmis celălalt semnal. Este necesar ca distanța dintre cele două perechi diferențiale să fie cât mai mare posibil.
Conductorii semnalului de ceas și semnalul de date de grup trebuie să se potrivească de-a lungul lungimii cu o precizie de 6,35 mm (0,250 inci). O valoare mai precisă nu joacă, de asemenea, un rol special și depinde de viteza de transmisie. În funcție de aplicație, lungimea unor perechi diferențiale ale semnalului de grup poate diferi de lungimea celorlalte perechi ale aceluiași grup. (Un semnal de grup este înțeles aici pentru a însemna câteva perechi diferențiale, unite de un semnal de ceas și transmite informații similare.)
Menținerea unei tensiuni de referință constante. Uneori, acest lucru înseamnă că mențineți semnalul grupului pe un strat cu o tensiune de referință. Cerințele suplimentare pot implica, de asemenea, restricții în tranzițiile către alte straturi.
Astfel, este necesar să se poziționeze conductorii perechii diferențiale cât mai aproape de celălalt posibil și să se mențină o impedanță diferențială constantă. Toate acestea par logice și nu are nici un sens în descrieri mai detaliate, reguli și calcule matematice, pentru a reveni la acest lucru. Și, bineînțeles, că semnalele erau de fapt diferențiale (adică egale și antifază). Teoria consideră, de obicei, conductorii diferențiali sub formă de perechi răsucite cu o puternică interrelație, în timp ce pentru o valoare tipică a impedanței diferențiale de 100 ohmi pentru PCB relația este mică. Aceasta este diferența principală.
Figura 2 prezintă o secțiune tipică a unei perechi diferențiale cu o impedanță de 100 ohmi.
Dacă presupunem posibile întrebări, să încercăm să reconsiderăm beneficiile teoretice ale utilizării semnalelor diferențiale. Din punctul de vedere al protecției împotriva zgomotului exterior, conexiunea dintre anvelope nu este importantă, ci aranjamentul reciproc al pneurilor, adică distanța dintre ele. Cu cât distanța este mai mică, cu atât este mai mare impactul semnalului agresor asupra ambelor autobuze. Reducerea reală a crosstalk-ului este posibilă numai atunci când sursa zgomotului este eliminată. Impactul depinde de pătratul distanței dintre conductorul agresorului și conductorul de semnal. Câștigul de la insensibilitatea la tensiunea de referință depinde mai mult de calitatea circuitelor integrate și nu depinde de relația dintre autobuzele diferențiale.
Și ultimul punct care poate provoca confuzie. Semnalele diferențiale pot fi utilizate în situațiile în care transmițătorul și receptorul utilizează complet diferite tensiuni de alimentare comune. Cu toate acestea, se recomandă menținerea unei tensiuni de referință constante. În acest caz, există o contradicție între teorie și realitate, dar uneori ceea ce se întâmplă este puțin inconsistent cu teoria.
Să ne întoarcem din nou la teorie. Transmisia diferențială presupune utilizarea a două semnale antifază egale pe două conductori. Aceste semnale complementare sunt generate de șofer. Ce ar trebui făcut pentru a menține aceste semnale identice? Simetria lor este cheia pentru tot. Teoria nu spune nimic despre viteza semnalelor și, în special, despre rata de creștere a fronturilor lor. Dacă aceste semnale erau simple, atunci impedanța lor și sarcina de armonizare ar fi principalele criterii.
Și din nou ne întoarcem la teorie, dar pe de altă parte. Dacă simetria căilor diferențiale este atât de importantă, atunci aceeași lungime a conductorilor devine extrem de importantă. Acest lucru este mai important decât o verificare statică; semnalele trebuie să mențină o relație de fază (180 °) pe întreaga lungime. Perechea maximă posibilă a conductorilor pe un singur strat și numărul minim de tranziții către alte straturi contribuie, de asemenea, la o creștere a simetriei. Distanța dintre pereche și celelalte semnale afectează posibilele zgomote induse, însă interconectarea joacă, de asemenea, un rol semnificativ în reducerea susceptibilității la interferențe.
Restul preocupărilor care, de obicei, se transmit semnale diferențiale la o viteză suficient de mare. Impedanța diferențială determină terminarea liniei de transmisie. Acest lucru este valabil și pentru nivelul de referință de bază. Toate cele de mai sus, precum și calitatea interconectării, asigură interferența electromagnetică minimă.
Cum să traducem toate cele de mai sus în rutarea firului? Numărul total de piese egal cu de două ori numărul de semnale, dar este de multe ori o interfață comună are un număr redus de semnale. Acest lucru poate da o ușoară ușurare atunci când cablarea unui PCB complex. În plus, semnalele perechii trebuie considerate ca un întreg. impedanța diferențială determină lățimea conductoarelor și distanța dintre ele, dar strategia de cabluri trebuie să se bazeze pe perechi pline de simetrie ale conductoarelor pe întreaga lungime de conducătorul auto la receptor.
Regulile de rutare trebuie aplicate nu numai la conceptele de bază (lățimea conductorilor și distanța dintre ele și între pereche și celălalt semnal), dar și la probleme complexe. Figura 3 prezintă două perechi diferențiale. După verificarea DRC (verificarea regulilor de proiectare) din stânga, conductorii nelegați sunt marcați, iar în dreapta semnalele celor două căi asociate nu sunt potrivite în fază.
Dacă este posibil, în procesul de cablare, lungimile secțiunilor conductoare ale perechii dintre punctele de control trebuie testate astfel încât semnalele transmise peste ele să aibă aceeași întârziere de fază. Dacă nu există o astfel de posibilitate, este necesar să se efectueze o verificare generală a lungimilor conductoarelor de la început până la sfârșit. Semnalele complementare (Figura 1) trebuie să ajungă la receptor în același timp. Dacă orice semnal (pozitiv sau negativ) are o întârziere sau un avans față de un alt semnal, înseamnă că perechea diferențială nu este optimizată și poate fi exercitată din exterior (amplitudine sau timp).
Figura 4 prezintă o distribuție slabă a semnalelor diferențiale. Utilizarea unghiurilor la 45 ° este mai preferabilă decât unghiurile de 90 °, la care se formează o mare diferență în lungimea traiectoriilor diferențiale și apare o anumită pierdere de interrelație între ele. O altă eroare în acest exemplu este trecerea uneia dintre urme în alt strat, ceea ce duce la o pierdere și mai mare a relației. Non-idealitatea este complet permisă, însă numărul elementelor care o conduc ar trebui redus la minimum.
Atunci când este necesar să se dilueze o placă complexă de circuite cu un număr mare de grupuri diferite de perechi diferențiale, ar fi mai bine să se dilueze și să se optimizeze mai întâi perechi la care sunt impuse aceleași cerințe (reguli). Toleranța pentru lungimea perechilor dintr-o grupă poate depăși toleranța pentru lungimea conductorilor unei singure perechi de perechi. Astfel, prioritatea de rutare a perechii este mai mare decât prioritatea rutei de grup. În mod ideal, dacă utilizați cablaje interactive care oferă feedback în dinamică și ajută procesul de rutare.
Trimiteți-le prietenilor: