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 altul, 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. Sunt utilizate două magistrale, cel puțin un transmițător (șofer) cu ieșiri pozitive și negative și un receptor (receptor) pentru fiecare semnal. Conducătorul transmite semnalele inversate unul altuia. În timp ce semnalul de ieșire pozitiv, care este în fază cu semnalul de intrare al șoferului, trece de la scăzut la înalt, semnalul de ieșire negativ invers la intrare trece de la mare la scăzut. Figura 1 prezintă două ieșiri șofer și un semnal diferențial, calculat ca diferență între semnalele pozitive și cele negative. Scăderea semnalelor între ele se produce în receptorul diferențial.
Nu există o lipsă de opinii cu privire la terminologie, așa cum este necesar să spunem: "mod comun", "semnal în mod diferențial" (mod diferențial) și chiar "semnal de undă ciudat" (mod ciudat). În termeni simpli, un câștig teoretic imens de o pereche diferențială are loc atunci când sunt transmise semnale egale de fază egală pe două conductori. Acest lucru sugerează că conductorii sunt situați atât de aproape încât energia electrică emisă de fiecare conductor poate fi percepută de un altul (adică există o relație și o influență reciprocă). Principalele avantaje ale utilizării semnalelor antifază egale transmise prin conductorii apropiați sunt următoarele:
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. Semnalul diferential se prezintă întotdeauna un anumit nivel de referință, care să permită să-l folosească în cazul când transmițătorul și receptorul au tensiune de alimentare comună diferită (diferită la sol). 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.
realitate
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 diferitele semnale trebuie să fie de cel puțin 0,508 mm (0,020 inci). Aceasta este distanța dintre unul dintre diferiții conductori de perechi 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 pneuri 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 de zgomot este îndepărtată. 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 de la un cuplu de alte semnale pentru a afecta capacitatea de a zgomotului indus, dar relația este de asemenea esențială pentru a reduce sensibilitatea la interferențe.
Restul se referă la faptul că, în mod normal, semnale diferențiale sunt transmise 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 urme este egal cu dublul numărului de semnale, dar de multe ori interfața 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 conductorilor și distanța dintre ele, însă strategia de cablare trebuie să se bazeze în întregime pe simetria conductorilor perechi pe întreaga lungime de la șofer la receptor.
Regulile de rutare trebuie aplicate nu numai conceptelor de bază (lățimea conductorilor și distanța dintre acestea și între pereche și celălalt semnal), dar și problemelor 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, procesul trebuie să fie testate lungimi de cabluri ale perechii de conductoare între punctele de control, că semnalele transmise de către acestea să aibă aceeași întârziere de fază. În cazul în care acest lucru nu este posibil, este necesar să se facă o verificare generală a lungimilor conductoarelor de la început până la sfârșit. Semnalele complementare (Fig. 1), trebuie să vină la receptor într-unul și același timp. În cazul în care un semnal (pozitiv sau negativ) are o întârziere sau în avans în raport cu celălalt semnal, înseamnă că perechea diferențială nu este optimizat și poate avea un impact puternic din exterior (amplitudinea sau timpul).
Figura 4 prezintă o distribuție slabă a semnalelor diferențiale. Utilizarea unghiuri de 45 °, de preferință unghi mai mare de 90 °, cu care să creeze o mare diferență în lungimea pantelor diferențiale și există o anumită pierdere a relației dintre 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, dar numărul elementelor care o conduc ar trebui redus la minim.
Când este necesar să se dizolve placa de circuit complex cu un număr mare de grupuri diferite de perechi diferențiale, poate fi mai bine în prima și a optimiza reproducere perechi, care sunt supuse acelorași cerințe (reguli). Toleranța la lungimea perechilor din cadrul unui grup poate depăși toleranța lungimii perechii de conductoare unice cuplu. Astfel, prioritatea de cablare mai sus grupul de cablare prioritate pereche. În mod ideal, dacă utilizați un aspect interactiv, oferind un feedback asupra dinamicii și ajută la cablajul de proces.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: