Yüksek hızlı Dijital İşaretler için Diferansiyel Pair Routing Nasıl Etkili Bir Şekilde Uygulanır

Diril Pairs

Bir diferansiyel çift, eşit-amplity, karşı-polarity sinyalleri taşıyan iki iletkenden oluşan dengeli bir iletim hattıdır. Alıcı, gerilim ile zemine saygı duymayı tercih eder.Bu mimari, dış gürültü ve güç tedarik dalgalanmalarına son derece bağışıklık sağlar. Anahtar uygulamalar USB 2.0/3.0, PCI Express, HDMI, DisplayPort, Gigabit Ethernet ve LVDS arabirimleri içerir.

Diferansiyel İşaretlerin Faydaları

Impedance Concept: Odd-Mode ve Diferansiyel Impedance

Farklılık ([Dönetici:0)Z[Dönemli)[Dönemli)[Dönetici:2)) Bu, izlerin sıkı bir şekilde kullanıldığı zaman, USB 3.0 (Dönemli) için iki kez garip bir şekilde ([Dönemli) gerekir.[Dönemli)[Düzücükler için% 15,4 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Diferansiyel Pairs için transkript teorisi

Yüksek hızlı sinyaller, iletim hatlarında seyahat eden elektromanyetik dalgalar olarak hareket eder. İletim hatlarının etkilerini görmezden gelir, ringing ve veri hataları.Diferansiyel çiftler, sonlu ve kapasitance ile çiftleştirilmiş iletim hatları olarak en iyi modellenir.

Anahtar Parametreleri

Common-Mode Filtreleme ve Geri Dönüş

Alternatif sinyaller ideal olarak referans uçakta geri dönmez çünkü karşıt manyetik alanlar iptal edilir. Uygulamada, asimmetler düşük hacimli ve ortak bir geri dönüş yolu gerektiren mevcut mevcut değildir. Sağlam bir zemin düzlemi sinyal katmanlarına bitişiktir, boşluklar veya EMI'yi devre dışı bırakmak için sürekli zemindir.

Farklı Routing için Tasarım Prensleri

Uzun Eşleme (Skew Control)

İki iz arasındaki Skew, diferansiyel sinyal enerjisini ortak mod gürültüsüne dönüştürür, göz yüksekliğine ve EMI'ye yükseltilmelidir. kabul edilebilir skew biraz süreye bağlıdır; 10 Gbps (100 ps bit dönem), ortak bir kural 5 psss of w. Uzunluk eşleştirme, bir otobüste çift ve birden fazla çiftin içinde yapılmalıdır (örneğin, PCIe şeritler). yılanlar uzun süre ayarlanır, ancak ayarlanma süresine devam etmek için ayarlanır.

Consistent Spacing and Coupling

Sürücüden gelen iki iz arasında bir üniforma boşluğu koruyun. Spacingte değişiklikler, yansımalara yol açan bir değişiklike neden olur.Kapalama genellikle verilen bir engel için dielektrik yüksekliğine kadar uzanır. geçişler yoluyla kullanırken, aynı kenardan gelen arsa bölgesine geri dönün.

Kontrollü Impedance Stackup

Gerekli diferatörü ile çalışmak gerekli diferansiyel dürtülere ulaşmak için: Üç ana değişken şunlardır:

EDA aracınıza (örneğin Altium, Cadence Allegro, KiCad) veya Polar Instruments gibi bir alan yazılımı kullanın. hedefin üzerinde bir ±10% tolerans gösterin ve kumaşator, tahtadaki düzgün bir iz tutmak için kontrollü bir şekilde çalışır.

Stackup and Material Selection

PCB yığını, iletim hattı geometrisini dikte eder.Diferansiyel çiftler için mikrostrip (outer katmanları) veya şeritli (iç tabakalar) topolojiler. Stripline daha iyi izolasyon ve EMI kontrolü sağlar, çünkü izlerinin iki zemin düzlem arasında sandviçlenir, ancak test probları ve daha kısa sürede daha kolay erişim sağlar.

Dielektrik Malzemeleri

Standart FR-4, yaklaşık 5 Gbps'ye kadar veri oranları için kabul edilebilir, eğer kumaşator Rogers serisini kontrol ederse, Isola FR408; veya Megtron 6. Bu malzemeler frekans ve daha düşük dağıtım faktörü üzerinde sabit bir dielektrik sabiti vardır, sinyal toleransı azaltır.

Katman Assignmentment

Gelişmiş Routing Techniques

Bir Pair olarak, İki Tek Bitmiş İzler Olarak Değil

Diferansiyel sinyalleri birlikte seyahat etmelidir. Her iki yönü de aynı yönde çizer, aynalı virajlar ve tabaka geçişleri. EDA aracınızda, otomatik olarak tanımlanmış genişlik ve boşlukları koruyan farklı çift yönlendirme modu kullanın. Manually bir iz oluşturabilir asymmetry –always or move the pair as a unit.

Bend ve Corner Yönetimi

Sharp 90 derece köşeleri yansımalara neden olur ve içeride etkili bir iz uzunluğu arttırır. 45 derece eğimli virajlar veya eğriler (radius ≥ 3× iz genişliği). Yüksek hızlı tasarımları için, yay virajları tercih edilir çünkü uzun metrajlı bir değişim ve daha düşük radyasyon üretirler.

Yer Vias ve Stitching

Yerdeki zeminler (stitching throughs) diferansiyel çift uzunluğu boyunca, özellikle 5 GHz ve konektörler ile yakın. Bu türler, ortak mod akımları için düşük maliyetli bir geri dönüş sağlar ve radyasyonu azaltır. Uzay zemini aralıklarda en yüksek harmonik dalga boyundan daha az.

Via Management

Her bir işlem, parasitik kapasitans ve indüktörlüğü nedeniyle bir engeli durdurmayı sağlar. Etkisi en aza indirmek için:

Vias veups

Genellikle, diferansiyel bir yolda en büyük engeli olan eşitsizlikleri yaratır. Proper ayak tasarımı ve referans uçak kesintileri kritiktir.

Links Breakout Bölge

Bir PCB izi bir bağlantı pimine geçiş yaparken, ayırıcı çift, kablonun kendisini karşılamak için birlikte fana veya sıkıştırmalıdır.Denemli bir musluk kullanın - hem de bir aniden değişiklik değil - hem genişlikte hem de spacing.Add reference Uçağı kesouts (boş) bağlantının etrafındaki kabloların etrafındaki kabloların etrafındakiler.

AC Coupling Capacitors

PCIe, USB 3.0 gibi protokolleri ve paletler, sonsuzluktan en aza indirmek için AC-coupling cleors (tipik olarak 100 nF) ile bağlantı veya alıcının altındaki uçaklara uygun olarak, aynı ped büyüklüğü ve yönelimini azaltmak için geri alınmalıdır.

Simülasyon ve Test

PCB üretiminden önce, bağlantı ve geçişler için diferansiyel çift (örneğin, Polar Si8000) yanlış eşleşmeleri bulmak için test edin ve 3D elektromanyetik simülatörler (VNA) ölçümler S-parametreler sağlar; diferansiyel ekler (SDDDD21) çalışma frekansı grubu boyunca düz kalmalıdır.

Anahtar Toplayıcıları Doğrulamaları

Post-layout simülasyon araçları (örneğin, HyperLynx, ADS) tüm diferansiyel yolu alabilir ve biraz hata oranını tahmin etmek için göz simülasyonlarını çalıştırabilir.Eğer göz açma (height ve genişlik) protokol standardına göre minimum gereksinimleri karşılarsa, tasarım kabul edilebilir.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Diferansiyel ve Single-Bitiş Edilmiş Routing

Tek uçlu bir saat çizgisine veya birkaç milimetreden fazla hızlı veri hattına paralel olarak bir diferansiyel çift koşuşturacak.En az 3× iz yüksekliği herhangi bir ilişkili agresif sinyalden korur.Eğer uzay sıkıysa, diferansiyel çift ve aggressor arasında bir zemin izi kullanın.

Incorrect Via Symmetry

Bir diferansiyel çift geçişler tabakaları olduğunda, iki tane aynı olmalıdır.Eğer bir tane daha fazla güç uçağı geçerse, diğeri yapmazsa, gecikme ve yanlış eşleştirme sinyalleri skewlayacaktır. Her zaman her iki iz için dereyi aynaya sokacaktır.

Over-Tuning the Length Match

yılan ayar bölümleri zemin uçağa sığarak ve gecikmeye devam eder.Eğer ayar uzunluğu birkaç milimetre aşıyorsa, paralel segmentler arasında bir iletim hattının uzunluğu azalır.Kaç segmentleri kısa tutar - segment başına 2 mm'den fazla yer - ve onları düşük hızlı bir bölgede (örneğin, sürücüye yakın zaman sabitlenebilir)

Referans Plane'yi unutun

Ortak bir hata, iki zemin adalarını bir engeli atlatmak için bir boşluktan geçiyor. 1 mm'nin dar bir boşluğu bile, referans uçaklarının sürekli olduğu bir iç şerit tabakasında.

Vaka Çalışması: USB 3.0 SuperSpeed Difer Pair

USB 3.0, bir çift içinde 15 ps maksimum skew genişletilebilir. dört katmanlı bir tahta için tipik bir yığın:

USB 3.0 çiftle iletişim kurmak için, 45 derece virajları kullanın, çiftleri her 5 mm'yi bağlantıya geçmeden önce sürekli bir zemin uçağın üzerinden rotalayın ve bağlantıya doğru AC-coupling cleors (0.1 μF, 0402) USB bağlantı üzerinden 0,5 mm'lik zemin dikme işlemini yapın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Etkili diferansiyel çift yönlendirme, güvenilir yüksek hızlı dijital tasarımın temel taşıdır. İletim hattı teorisini anlamak, tam olarak sıkı darbeyi kontrol etmek ve USB, PCIe, HDMI gibi hızlı arayüzleri yönetmek ve EMI'yi en aza indirmek için simülasyon araçları kullanabilir.

[0] Daha fazla okuma için Dış kaynaklar: