дифференциальный сигнал что это

Дифференциальный сигнал что это

Дифференциальный сигнал — способ электрической передачи информации с помощью двух противофазных сигналов. В данном методе один электрический сигнал передаётся в виде дифференциальной пары сигналов, каждый по своему проводнику, но один представляет инвертированный сигнал другого, противоположный по знаку. Пара проводников может представлять собой витую пару, твинаксиальный кабель или разводиться по печатной плате. Приёмник дифференциального сигнала реагирует на разницу между двумя сигналами, а не на различие между одним проводом и потенциалом земли (такой принцип используется в другом методе передачи — называется асимметричная сигнализация).

Дифференциальный сигнал подобен балансному (симметричному) сигналу, предоставляя похожие преимущества качественной высокочастотной связи, защищённой от синфазных помех. Высокочастотные свойства балансного подключения отчасти связаны с тем, что оно лучше описывается как длинная волноводная линия, потери в которой в основном определяются диэлектриком. В то же время при однопроводном (небалансном) подключении потери определяются только сопротивлением металла и быстро растут с частотой вследствие скин-эффекта.

Практическое удобство дифференциальный сигнал предоставляет для сигнального соединения в пределах печатной платы между микросхемами, выполненными по подобной технологии. Однако вследствие реализации его на однополярных выходных каскадах микросхем, содержит постоянную составляющую. Выходной дифференциальный порт, как правило, нельзя напрямую подключать к симметричным линиям передачи или антеннам без специального согласования. В случаях, когда размеры и стоимость платы допускают, такое согласование и одновременная балансировка без труда достигаются с использованием схем на согласующих трансформаторах и балунах.

Дифференциальные пары обычно находят применение для высокоскоростных каналов передачи данных на печатных платах, в витой паре (в том числе экранированной), в ленточных кабелях и разъёмах. Высокоскоростные дифференциальные пары часто подключают к СФ-блокам SerDes (Сериализатор/Десериализатор).

Преимущества

При условии, что импеданс источника и приёмника в дифференциальной цепи равен, внешние электромагнитные помехи, как правило, будут затрагивать оба проводника одинаково. Так как приёмная схема определяет разницу уровней между проводами, дифференциальные сигналы становятся более устойчивы к воздействию электромагнитных помех по сравнению с одиночными проводниками, уровень которых измеряется относительно земли. Метод передачи дифференциальных сигналов используется как для аналоговых сигналов (например, в сбалансированных аудиоподключениях), так и для цифровых сигналов, особенно высокоскоростных: RS-422, RS-485, Ethernet по витой паре, PCI Express, DisplayPort, HDMI и USB. Один из стандартов передачи дифференциальных сигналов — LVDS (TIA/EIA-644).

Источник

SamsPcbGuide, часть 7: Трассировка сигнальных линий. Дифференциальные пары

Это седьмая статья из цикла и заключительная в блоке, посвящённом трассировке сигнальных линий. Дальше есть идея развивать проект и выходить на руководство по проектированию печатных плат в виде удобной книги, поэтому по публикациям, возможно. будет пауза. В статье рассматривается важная тема — дифференциальная схема передачи данных, получающая всё большее распространение в современных системах, и предлагаются рекомендации по трассировке дифференциальных пар, позволяющей обеспечить преимущества этой схемы.

В предыдущей было показано, что перекрёстная связь между независимыми сигнальными линиями является источником нежелательных помех. Однако в случае дифференциальной схемы передачи сильная перекрёстная связь, напротив, делает сигнал более устойчивым к помехам. При такой схеме используются две линии (дифференциальная пара), источники сигнала которых находятся в противофазе, а приёмник реагирует на разницу напряжений на линиях V_DIFF= V₊-V_– (рис. 1). Синфазный сигнал (англ. common signal) определяется как V_COMM=1/2∙(V₊+ V_–) и может быть ненулевым, например, как в распространённом стандарте LVDS. Дифференциальная пара характеризуется двумя сопротивлениями:

Вводная теория дифференциальной передачи сигналов описывается во многих источниках, например, в [1]. С точки зрения проектирования печатных плат важно остановиться на преимуществах дифференциальной схемы относительно ассиметричной (англ. single-ended) и на требованиях к топологии дифференциальных пар, эти преимущества обеспечивающие.

Прежде всего, идеальная дифференциальная пара симметрична, то есть на протяжении всей длины её сечение должно быть неизменным и обладать осью симметрии (рис. 2). Это, так же, как и в случае ассиметричной линии передачи, обеспечивает постоянство волнового сопротивления дифференциальной пары, что значительно снижает отражения в линии и искажения сигнала.

Сечение дифференциальной пары должно быть максимально (в идеале – зеркально) симметрично и однородно на всём её протяжении. Между линиями пары не должно быть элементов топологии других сигнальных цепей.

Каждой линии дифференциальной пары соответствует своё распределение возвратного тока в опорном слое. Если взаимная связь между линиями пары значительно меньше, чем их связь с опорным слоем, то распределения возвратных токов не пересекаются (рис. 3-А). Такая дифференциальная пара называется дифференциальной парой со слабой взаимной связью (англ. loosly coupled differential line, weak coupling). Так как распределение высокочастотных составляющих сигнала сконцентрировано в опорном слое в области ±3∙h, то практическим критерием для слабой связи является условие, что расстояние между краями печатных дорожек s>6∙h или s>3∙w. Так как дифференциальный импеданс пары со слабой связью практически не зависит от расстояния между дорожками Z_DIFF≈2∙Z₀, то это расстояние может меняться вдоль длины линии – например, при наличии препятствия на пути дифференциальной пары. Это упрощает требования к топологии дифференциальной пары, однако такие линии лишены основных преимуществ дифференциальной передачи данных.

Уменьшения расстояния между линиями до s≤2∙h приводит к значительному увеличению взаимной связи и перекрытию распределений возвратных токов в опорном слое (рис. 3-Б). Такая дифференциальная пара называется дифференциальной парой с сильной взаимной связью (англ. tightly coupled differential line). Дифференциальный импеданс становится в большей степени зависимым от расстояния между дорожками. Его значение снижается, поэтому для сохранения прежнего значения требуются более узкие дорожки, что несколько повышает омические потери. Однако именно такая топология дифференциальной пары обеспечивает следующие преимущества относительно ассиметричной линии:

Распространённой практикой выравнивания длин линий (англ. length matching, tuning) является увеличение длины более короткой линий за счёт дополнительных изгибов, которые могут образовывать регулярную структуру (рис. 5). Очевидно, что при этом неизбежно изменяется расстояние между линиями пары. Это в свою очередь приводит к локальному изменению импеданса пары и возникновению отражений. Д. Брукс в одной из статей высказывает мнение, что задача выравнивания длин линий пары имеет бóльшую важность с точки зрения целостности сигналов и ЭМС. А выбор геометрии изгибов не имеет критического значения, с той лишь оговоркой, что длинные и узкие изгибы не рекомендуются, так как могут приводить к искажениям за счёт сильной взаимной связи участков. Однако этот тезис не является универсальным правилом. Дело в том, что существуют и более продвинутая методика выравнивания длин линий, которая заключается в одновременном сохранении импеданса пары в местах изгибов (за счёт изменений ширины линий, применения локальных вырезов в опорном слое и т.п.). Однако построение такой геометрии выравнивания является достаточно сложной задачей, требующей применения специализированных САПР, и оправдана только для гигагерцовых сигнальных линий. Другой вариант – это локальное увеличение расстояния между линиями пары и выравнивание за счёт изгибов на одной из линий. Иными словами, осуществление локального перехода к дифференциальной паре со слабой связью, для которой импеданс не так сильно зависит от расстояния между линиями (что наблюдается в местах изгибов). Примеры и более подробная информация по этим методикам может быть найдена в материалах, представленных на сайте Simberian, Inc.

Критерий достаточной степени равенства длин линий приводится в [1]: «Длины линий дифференциальной пары должны быть выровнены между собой с точностью ∆L

Источник

Разводка дифференциальных пар: дифференциальные пары работают только тогда превосходно, если они не взаимодействуют с другими сигналами

Дифференциальные пары работают только тогда превосходно, если они не взаимодействуют с другими сигналами. Однако компромиссные решения при трассировке позволяют применять плотную разводку трасс.

Традиционные понятия о параллельных интерфейсных потоках начинают не выполняться при скорости выше 200 МГц из-за взаимодействия сигналов большого количества шин, требующегося для передачи огромного объема информации. Решением этой проблемы является применение последовательных интерфейсов, использующих передачу сигналов в дифференциальном виде и обеспечивающих необходимую скорость потока. Дифференциальная передача сигналов, кроме того, обеспечивает значительно более низкий уровень излучения, сокращает количество выводов устройств и сигнальных шин и предоставляет возможность передавать сигналы на относительно большие расстояния.

Что это означает для разработчика /pcb/? Очевидно, новый набор требований к дизайну. Эти требования сосредоточиваются вокруг разводки двух проводников рядом друг с другом, но это не так просто, как может показаться вначале. Имеется масса теоретических материалов, но реальность может преподносить сюрпризы, по крайней мере в том, что касается требований, выдвигаемых к печатной плате.

Дифференциальная передача сигналов подразумевает передачу одинаковой информации по двум проводникам. При этом используются две шины, как минимум один передатчик (драйвер) с выходами позитивного и негативного сигналов и по одному приемнику (ресиверу) на каждый сигнал. Драйвер передает сигналы инверсно друг другу. В то время как позитивный выходной сигнал, совпадающий по фазе с входным сигналом драйвера, переходит из низкого уровня в высокий, негативный выходной сигнал, инверсный входному, переходит из высокого уровня в низкий. На рисунке 1 показаны два выходных сигнала драйвера и дифференциальный сигнал, вычисляемый как разность между позитивным и негативным сигналами. Вычитание сигналов друг из друга происходит в дифференциальном ресивере.

Теория

Нет недостатка мнений экспертов по терминологии, как необходимо говорить: «синфазный сигнал» (common mode), «сигнал при дифференциальном включении» (differential mode) и даже «сигнал нечетной волны» (odd-mode). Говоря по-простому, огромный теоретический выигрыш дифференциальной пары происходит при использовании равных противофазных сигналов, передаваемых по двум проводникам. Это предполагает, что проводники располагаются настолько близко друг к другу, что электрическая энергия, излучаемая каждым проводником, может быть воспринята другим (т.е. существуют взаимосвязь и взаимовлияние). Основные преимущества от применения равных противофазных сигналов, передающихся по близко расположенным проводникам, следующие:

Защищенность от шума. Любой шум, наводящийся на один из проводников, будет в такой же мере наводиться и на другой проводник. Поскольку одинаковый шум в этом случае будет присутствовать в обоих сигналах, то этот шум устраняется в разностном (дифференциальном) сигнале.

Нечувствительность к опорному напряжению. В дифференциальном сигнале всегда присутствует некоторый опорный уровень, позволяющий использовать его в случае, когда передатчик и приемник имеют различные общие напряжения питания (различные земли). Это также позволяет решить проблемы, связанные с нестабильностью напряжений общих выводов, и улучшить целостность сигналов.

Уменьшение излучаемых электромагнитных помех. Такие помехи возникают, в основном, во время переключения сигнала из одного состояния в другое. Поскольку оба дифференциальных сигнала переключаются одновременно, но противофазно, то возникающие излучения взаимно компенсируются. Кроме того, каждый из дифференциальных сигналов обычно имеет небольшую амплитуду (на рисунке 1 амплитуда составляет 0,4 В), поэтому уровень излучения также небольшой.

И последнее в теории — дифференциальный импеданс. Он определяется индивидуальным импедансом проводников пары и связью между ними.

Реальность

Ниже приводится пример создания дифференциальной пары, базирующийся на требованиях некоторых текущих стандартов.

Таким образом, необходимо располагать проводники дифференциальной пары настолько близко друг к другу, насколько это возможно, и поддерживать постоянным дифференциальный импеданс. Все это выглядит логично и нет смысла в более подробных описаниях, правилах и математических выкладках, чтобы возвращаться к этому. И, естественно, чтобы сигналы были на самом деле дифференциальными (т.е. равными и противофазными). Теория обычно рассматривает дифференциальные проводники в виде витых пар с сильной взаимосвязью, тогда как при типичном значении дифференциального импеданса 100 Ом для печатных плат взаимосвязь мала. В этом основное отличие.

На рисунке 2 показано типичное сечение дифференциальной пары с импедансом 100 Ом.

Предполагая возможные вопросы, попробуем пересмотреть теоретические выгоды от применения дифференциальных сигналов. С точки зрения защищенности от внешнего шума, важна не связь между шинами, а взаимное расположение шин, т.е. расстояние между ними. Чем меньше это расстояние, тем становится более одинаковым воздествие сигнала-агрессора на обе шины. Реальное уменьшение перекрестных помех возможно лишь при удалении источника шума. Оказываемое воздействие зависит от квадрата расстояния между проводником агрессора и сигнальным проводником. Выигрыш от нечувствительности к опорному напряжению в большей степени зависит от качественных показателей интегральных схем и не зависит от связи между дифференциальными шинами.

И последний пункт, который может вызвать замешательство. Дифференциальные сигналы могут использоваться в ситуации, когда передатчик и приемник используют совершенно различные общие напряжения питания. Однако рекомендуется поддержание постоянного опорного напряжения. В этом случае возникает противоречие между теорией и реальностью, но иногда то, что получается, немного не вписывается в теорию.

Возвратимся к теории снова. Дифференциальная передача подразумевает использование двух равных противофазных сигналов по двум проводникам. Эти комплементарные сигналы формируются драйвером. Что же надо делать, чтобы эти сигнала оставались одинаковыми? Их симметрия есть ключ ко всему. Теория ничего не говорит о скорости сигналов и, в особенности, о о скорости нарастания их фронтов. Если бы эти сигналы были однопроводными, то тогда их импеданс и нагрузка для согласования были бы главными критериями.

И опять обратимся к теории, но с другой стороны. Если симметрия дифференциальных трасс настолько важна, то становится чрезвычайно важным одинаковая длина проводников. Это более важно, чем просто статическая проверка; сигналы должны сохранять фазовое соотношение (180°) на протяжении всей длины. Максимально возможная разводка проводников пары на одном слое и минимальное количество переходов на другие слои также способствуют увеличению симметрии. Расстояние от пары до других сигналов влияет на возможный наведенный шум, но взаимосвязь также играет существенную роль для уменьшения восприимчивости к наводкам.

Оставшееся касается того, что обычно дифференциальные сигналы передаются а достаточно высокой скорости. Дифференциальный импеданс определяет оконечную нагрузку линии передачи. Это же является справедливым и для базового опорного уровня. Все, рассмотренное выше, а также качество взаимосвязи гарантирует, что электромагнитные помехи будут минимальными.

Как все сказанное ранее перевести в разводку проводников? Общее количество трасс равно удвоенному числу сигналов, но часто общий интерфейс имеет уменьшенное количество сигналов. Это может дать небольшое послабление при разводке сложной печатной платы. К тому же, сигналы пары следует рассматривать, как одно целое. Дифференциальный импеданс обусловливает ширину проводников и расстояние между ними, но стратегия разводки должна полностью базироваться на симметрии проводников пары на всей длине от драйвера до ресивера.

Правила разводки должны применяться не только к базовым понятиям (ширина проводников и расстояние между ними и между парой и другим сигналом), но и к комплексным вопросам. На рисунке 3 показаны две дифференциальные пары. После проверки DRC (design rules check) слева отмечены несвязанные проводники, а справа сигналы двух связанных трасс не согласованы по фазе.

Если имеется возможность, то в процессе разводки должны тестироваться длины отрезков проводников пары между контрольными точками, чтобы сигналы, передающиеся по ним, имели одинаковую фазовую задержку. Если такой возможности нет, необходимо производить общую проверку длин проводников от начала до конца. Комплементарные сигналы (рис. 1) должны приходить к приемнику в одно и то же время. Если же какой-либо сигнал (позитивный или негативный) имеет задержку или опережение относительно другого сигнала, то это говорит о том, что дифференциальная пара не оптимизирована и на нее может оказываться сильное воздействие извне (амплитудное или временное).

На рисунке 4 показана плохая разводка дифференциальных сигналов. Использование углов в 45° более предпочтительно, чем углов в 90°, при которых создается большая разница в длине дифференциальных трасс и происходит некоторая потеря взаимосвязи между ними. Другая ошибка в этом примере состоит в переходе одной из трасс на другой слой, что приводит к еще большей потери взаимосвязи. Неидеальность вполне допустима, но количество элементов, приводящих к ней, должно быть сокращено до минимума.

Когда требуется развести сложную печатную плату с большим количеством различных групп дифференциальных пар, то может оказаться лучше в первую очередь разводить и оптимизировать пары, к которым предъявляются одинаковые требования (правила). Допуск по длине пар внутри одной группы может превышать допуск по длине проводников отдельно взятой пары пары. Таким образом, приоритет разводки пары выше приоритета разводки группы. Идеально, если применяется интерактивная разводка, предоставляющая обратную связь в динамике и помогающая процессу разводки.

Автор: Dennis Nagle. Перевод статьи Routing differential paires, Printed Circuit Design Manufacture, August 2003

Источник

Зачем и как использовать дифференциальную передачу сигналов

Рассмотрим важные характеристики, преимущества и применения дифференциальной передачи сигналов, а также правильные методы разводки дифференциальных сигналов.

Основы: несимметричная и дифференциальная передачи сигналов

Во-первых, нам нужно изучить некоторые основы того, что означает несимметричная передача сигналов, прежде чем мы сможем перейти к дифференциальной передаче сигналов и ее характеристикам.

Несимметричная передача сигналов

Несимметричная передача сигналов – это простой и распространенный способ передачи электрического сигнала от отправителя к приемнику. Электрический сигнал передается с помощью напряжения (часто с помощью изменяющегося напряжения), которое измеряется относительно фиксированного потенциала, обычно узел 0 В, называемый «землей».

Один проводник переносит сигнал, и один проводник переносит общий опорный потенциал. Ток, связанный с сигналом, поступает от отправителя к приемнику и возвращается к источнику питания через соединение земли. Если передается несколько сигналов, схема потребует по одному проводнику для каждого сигнала плюс одно общее соединение земли; таким образом, например, 16 сигналов могут быть переданы с помощью 17 проводников.

Топология несимметричной передачи сигналов

Дифференциальная передача сигналов

Дифференциальная передача сигналов, являющаяся менее распространенной по сравнению с несимметричной передачей, использует два двухтактных сигнала напряжения для передачи одного информационного сигнала. Таким образом, один информационный сигнал требует пары проводников; первый переносит сигнал, а второй переносит инвертированный сигнал.

Обобщенные временные диаграммы несимметричной передачи сигналов и дифференциальной передачи сигналов

Приемник извлекает информацию, обнаруживая разность потенциалов между инвертированным и неинвертированным сигналами. Два сигнала напряжения «симметричны», что означает, что они имеют равную амплитуду и противоположную полярность относительно синфазного напряжения. Обратные токи, связанные с этими напряжениями, также сбалансированы и, таким образом, компенсируют друг друга; по этой причине можно сказать, что дифференциальные сигналы имеют (в идеале) нулевой ток через соединение земли.

При дифференциальной передаче сигналов отправитель и получатель необязательно должны иметь общую опорную точку земли. Однако использование дифференциальной передачи не означает, что различия потенциалов земли у отправителя и получателя не влияют на работу схемы.

Если передается несколько сигналов, то для каждого сигнала требуется два проводника, и часто необходимо или, по крайней мере, полезно включить соединение земли, даже если все сигналы являются дифференциальными. Так, например, для передачи 16 сигналов потребуется 33 проводника (для несимметричной передачи было необходимо 17). Это демонстрирует очевидный недостаток дифференциальной передачи сигналов.

Топология дифференциальной передачи сигналов

Преимущества дифференциальной передачи сигналов

Однако существуют важные преимущества дифференциальной передачи сигналов, которые могут более чем компенсировать увеличение количества проводников.

Нет обратного тока

Поскольку у нас (в идеале) нет обратного тока, опорная земля становится менее важной. Потенциалы земли у отправителя и получателя могут даже различаться или изменяться в пределах допустимого диапазона. Тем не менее, вы должны быть осторожны, потому что дифференциальная передача сигналов со связью по постоянному току (например, USB, RS-485, CAN) обычно требует общего потенциала земли, чтобы сигналы оставались в пределах максимально и минимально допустимого синфазного напряжения.

Устойчивость к внешним электромагнитным помехам и перекрестным помехам

Если электромагнитные помехи (ЭМП) или перекрестные помехи (т.е. электромагнитные помехи, создаваемые соседними сигналами) вводятся извне относительно дифференциальных проводников, то они равномерно добавляются к инвертированному и неинвертированному сигналам. Приемник реагирует на разность напряжений между двумя сигналами, а не на несимметричное (т.е. относительно земли) напряжение, и, таким образом, схема приемника значительно уменьшит амплитуду внешних и перекрестных помех.

Вот почему дифференциальная передача сигналов менее чувствительна к внешним электромагнитным помехам, перекрестным помехам или любым другим шумам, которые добавляются к обоим сигналам дифференциальной пары.

Уменьшение исходящих электромагнитных помех и перекрестных помех

Быстрые переходы, такие как нарастающий и спадающий фронты цифровых сигналов, могут генерировать значительные количества электромагнитных помех. И несимметричная передача сигналов, и дифференциальная передача сигналов генерируют электромагнитные помехи, но два сигнала в дифференциальной паре будут создавать электромагнитные поля, которые (в идеале) равны по амплитуде, но противоположны по полярности. Это в сочетании с технологиями, которые сохраняют маленькое расстояние между этими двумя проводниками (например, использование кабеля с витой парой), гарантирует, что излучения от этих двух проводников будут в значительной степени компенсировать друг друга.

Работа с низким напряжением

Несимметричные сигналы должны поддерживать относительно высокое напряжение для обеспечения достаточного отношения сигнал/шум (С/Ш, SNR). Наиболее распространенными напряжениями несимметричных интерфейсов являются 3,3 В и 5 В. Благодаря своей повышенной устойчивости к шуму дифференциальные сигналы могут использовать более низкие напряжения, поддерживая соответствующее отношение сигнал/шум. Кроме того, отношение сигнал/шум автоматически увеличивается в два раза по сравнению с эквивалентной несимметричной реализацией, поскольку динамический диапазон в дифференциальном приемнике в два раза выше динамического диапазона каждого сигнала в дифференциальной паре.

Возможность успешно передавать данные с использованием более низких напряжений сигналов имеет несколько важных преимуществ:

Высокое или низкое логическое состояние и точная синхронизация

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как именно мы решаем, находится ли сигнал в состоянии высокого или низкого логического уровня? В несимметричных системах мы должны учитывать напряжение питания, пороговые характеристики схемы приемника и, возможно, значение опорного напряжения. И, конечно же, существуют вариации и допуски, которые вызывают дополнительную неопределенность в вопросе о высоком или низком логическом уровне.

В дифференциальных сигналах определение логического состояния является более простым. Если напряжение неинвертированного сигнала выше напряжения инвертированного сигнала, то у вас высокий логический уровень. Если неинвертированное напряжение ниже инвертированного напряжения, то у вас низкий логический уровень. Переход между этими двумя состояниями – это точка, в которой пересекаются неинвертированный и инвертированный сигналы, т.е. точка пересечения.

Это одна из причин, из-за которой важно согласовывать длины проводов или трасс, передающих дифференциальные сигналы. Для максимальной точности синхронизации необходимо, чтобы точка пересечения точно соответствовала логическому переходу; но когда два проводника в паре не равны по длине, разница в задержке распространения приведет к смещению точки пересечения.

Применения

В настоящее время существует множество стандартов интерфейсов, в которых используются дифференциальные сигналы. К ним относятся следующие:

Основные технологии разводки дифференциальных проводников на печатных платах

Наконец, давайте рассмотрим основы того, как дифференциальные проводники разводятся на печатных платах. Разводка дифференциальных сигналов может быть немного сложной, но есть некоторые основные правила, которые делают процесс более простым.

Длина и согласование длин – сохраняйте их равными!

Дифференциальные сигналы (в идеале) равны по амплитуде и противоположны по полярности. Таким образом, в идеальном случае через землю не будет протекать никакой обратный ток. Это отсутствие обратного тока – хорошо, поэтому мы хотим сохранить всё как можно более идеальным, и это означает, что нам нужны одинаковые длины двух проводников в дифференциальной паре.

Чем выше время нарастания/спада вашего сигнала (не путать с частотой сигнала), тем больше вы должны следить за тем, чтобы проводники имели одинаковую длину. Ваша программа разводки печатных плат может включать в себя функцию, которая поможет вам точно отрегулировать длину проводников для дифференциальных пар. Если вам трудно достичь равной длины, то можете использовать технику «серпантина».

Пример серпантина проводников

Ширина и интервал между проводниками – сохраняйте их постоянными!

Чем ближе дифференциальные проводники друг к другу, тем лучше будет связность сигналов. Сгенерированные электромагнитные помехи будут более эффективно компенсироваться, а принимаемые электромагнитные помехи будут более равномерно накладываться на оба сигнала. Поэтому старайтесь разводить проводники ближе друг к другу.

Вы должны разводить проводники дифференциальной пары как можно дальше от соседних сигналов, чтобы избежать помех. Ширина и расстояние между вашими проводниками должны выбираться в соответствии с целевым импедансом и должны оставаться постоянными по всей длине проводников. Поэтому, если это возможно, эти проводники должны оставаться параллельными, пока они проходят по печатной плате.

Импеданс – сведите изменения к минимуму!

Одной из наиболее важных вещей, которые необходимо сделать при проектировании печатной платы с дифференциальными сигналами, является выяснение целевого импеданса для вашего приложения, а затем разводка в соответствии с ним ваших дифференциальных пар. Кроме того, сохраняйте изменения импеданса минимальными, насколько возможно.

Импеданс вашей дифференциальной линии зависит от таких факторов, как ширина проводника, связь между проводниками, толщина меди, материал и слои печатной платы. Рассмотрите каждый из них, чтобы избежать чего-либо, что изменит импеданс вашей дифференциальной пары.

Не разводите высокоскоростные сигналы через разрывы между медными областями на слое металлизации, так как это также влияет на импеданс. Старайтесь избегать разрывов на слоях земли.

Рекомендации к компоновке – прочитайте, проанализируйте и обдумайте их!

И последнее, но не менее важное: есть одна очень важная вещь, которую вы должны выполнить при разводке дифференциальных проводников: найдите техническое описание и/или примечания к применению микросхемы, которая отправляет или принимает дифференциальный сигнал, прочитайте рекомендации по компоновке и проанализируйте их. Таким образом, вы сможете реализовать наилучшую возможную компоновку платы в рамках ограничений конкретного проекта.

Заключение

Дифференциальная передача сигналов позволяет передавать информацию с более низкими напряжениями, хорошим отношением сигнал/шум, улучшенной помехоустойчивостью к шуму и с более высокими скоростями передачи данных. С другой стороны, увеличивается количество проводников, и система будет нуждаться в специализированных передатчиках и приемниках вместо стандартных цифровых микросхем.

В настоящее время дифференциальные сигналы являются частью многих стандартов, в том числе LVDS, USB, CAN, RS-485 и Ethernet, и поэтому мы должны быть знакомы с этой технологией. Если вы разрабатываете печатную плату с дифференциальными сигналами, не забудьте ознакомиться с соответствующими техническими описаниями и примечаниями к применению и, если необходимо, снова прочитать эту статью!

Источник