串行總線---差分互聯(lián)(一)
2017-04-10 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
互為參考,在設(shè)計(jì)時(shí)可以把參考層拿掉嗎,為什么?
大家回復(fù)的都很正確,在設(shè)計(jì)差分對(duì)的時(shí)候,參考地不僅不能拿掉,還應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待。差分線的跨分割,在高速差分線的設(shè)計(jì)中同樣是不被允許的。總結(jié)一下大家的回答,重視差分線參考平面的設(shè)計(jì),主要出于以下三個(gè)原因:
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差分阻抗控制的需要
這里直接引出了差分阻抗的概念,差分阻抗其實(shí)可以看做兩個(gè)單端信號(hào)線等效阻抗的串聯(lián)(注意:這里說(shuō)的是等效阻抗),單根線如果沒有參考平面,無(wú)法控制阻抗。同樣,差分線如果沒有參考平面,阻抗控制就會(huì)變得很困難。想象一下,如果沒有參考平面,我們?cè)趺丛O(shè)計(jì)出100歐姆的差分阻抗?我們使用軟件來(lái)計(jì)算一下,將信號(hào)與參考層的間距拉得很遠(yuǎn),用來(lái)模擬沒有參考平面的情況。
如上圖所示,如果沒有參考層,差分阻抗是遠(yuǎn)高于100歐姆的,要想差分阻抗達(dá)到100歐姆,就必須減小兩根單線的間距,如下圖:
當(dāng)前條件下,只有當(dāng)兩線間距小于3mil的時(shí)候,沒有參考地的差分阻抗才能接近100歐姆。這么小的走線間距,工藝上實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)很困難,像這種超級(jí)緊密的耦合也會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題。
2.信號(hào)回流的需要
這一點(diǎn),網(wǎng)友Jasen回答的較全面了,我把他的答案截取了下來(lái),如下圖:
通常,差分信號(hào)的回流還是大部分集中在返回路徑上,如下圖,圖中耦合微帶線的線寬為5mil,兩線間距為5mil,信號(hào)頻率為100MHz,圖中明亮的顏色表示較高的電流密度。平面中的電流密度約為線條中的10倍。
就像網(wǎng)友“煙火“說(shuō)的,參考平面是大路,相鄰信號(hào)線只能算“鄉(xiāng)間小路”,在有參考平面的時(shí)候,信號(hào)回流更傾向于走“大路”。
3.EMI控制的需要
參考平面給信號(hào)提供回流的同時(shí),也將差分信號(hào)附近的電磁場(chǎng)最大程度的控制在信號(hào)線與參考層中間,從而減小了信號(hào)的輻射效應(yīng)。
綜上所述,參考平面對(duì)差分對(duì)來(lái)說(shuō),也是十分重要的。在多數(shù)板級(jí)互連中,信號(hào)線與平面間的耦合度遠(yuǎn)大于兩信號(hào)間的耦合度,所以此時(shí)平面中的返回電流十分重要。然而,若返回路徑被移開,例如出現(xiàn)了間隙,則兩信號(hào)間的耦合起主要作用。在接插件連接處,一根引腳的返回電流基本上可以看做另一根引腳來(lái)傳送。
至此,我們對(duì)差分線以及差分信號(hào)的回流又有了更深刻的認(rèn)識(shí)。文章中提到了差分阻抗,講到差分阻抗,信號(hào)的模態(tài)又是一個(gè)繞不開的話題,對(duì)差分對(duì)模態(tài)感興趣的網(wǎng)友一定要繼續(xù)關(guān)注下期的文章,謝謝!
(以下內(nèi)容選自網(wǎng)友答題)
首先差分電路對(duì)于類似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號(hào)是不敏感的,但并不表示其兩邊以及下方的參考地平面就可以去掉。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號(hào)返回路徑,其實(shí)在信號(hào)回流分析上,差分走線和普通的單端走線的機(jī)理是一致的,即高頻信號(hào)總是沿著電感最小的回路進(jìn)行回流,最大的區(qū)別在于差分線除了有對(duì)地的耦合之外,還存在相互之間的耦合,哪一種耦合強(qiáng),那一種就成為主要的回流通路.在PCB電路設(shè)計(jì)中,一般差分走線之間的耦合較小,往往只占 10~20%的耦合度,更多的還是對(duì)地的耦合,所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。當(dāng)?shù)仄矫姘l(fā)生不連續(xù)的時(shí)候,無(wú)參考平面的區(qū)域,差分走線之間的耦合才會(huì)提供主要的回流通路,盡管參考平面的不連續(xù)對(duì)差分走線的影響沒有對(duì)普通的單端走線來(lái)的嚴(yán)重,但還是會(huì)降低差分信號(hào)的質(zhì)量,增加 EMI
@ Jasen
評(píng)分:3分
不可以??刂谱杩剐枰暾膮⒖计矫?現(xiàn)實(shí)中平面上也會(huì)有返回電流;有地參考平面可以減少共模干擾。
@ YUAN
評(píng)分:3分
記得之前高速先生講解時(shí)序時(shí),用戀人、愛人來(lái)比喻源同步和串行時(shí)鐘。讓我們這些門外漢也能品味出繞線之美,對(duì)周工心生敬佩。即將步入婚姻殿堂的戀人,對(duì)外面世界充滿憧憬,“世界很精彩,我想去看看,你愿意和我走遍世界嗎?”,“不管多么困難,我都要和你在一起”。是啊,愛人就是彼此的世界(差分互相回流)。隨著年齡、金錢的變化(速率提高),家的概念在彼此心頭升騰,在工作的城市租個(gè)小屋(阻抗建立),下班一起回家,一起吃飯,一起和寶寶做游戲。工作的辛苦,生活的不如意在這刻被歡笑取代,家,是兩人的港灣(信號(hào)回流)。我們是夫妻,互相包容互相關(guān)愛,但也是公民、員工,擔(dān)負(fù)相同的責(zé)任。若沒有家,怎么會(huì)“你我一爭(zhēng)吵很快就喊停”。若沒有家,我們的喜悅和苦惱(共模信號(hào),EMI)如何分享和分擔(dān)(共模回流,EMC)。
@ 山水江南
評(píng)分:2分
不能去掉參考平面;1、參考平面的作用有:與信號(hào)線一起構(gòu)成傳輸線結(jié)構(gòu)、能承載返回電流及控制阻抗等。(對(duì)于以太網(wǎng)口這種挖空銅皮、無(wú)參考平面的特殊差分對(duì),在選擇計(jì)算阻抗的模型時(shí),一般就當(dāng)作是參考平面在極遠(yuǎn)處。) 2、對(duì)于差分對(duì),一條走線的返回電流路徑主要集中在參考平面。從電感角度來(lái)說(shuō),流過(guò)參考平面的電流會(huì)大于流過(guò)另一條走線的電流;從耦合的角度分析,參考平面上以及另一條走線上都有返回電流,但參考平面上的返回電流遠(yuǎn)大于另一走線上的返回電流。參考平面對(duì)差分對(duì)很重要。 3、工程中,使用差分方式傳輸?shù)男盘?hào)往往都非常重要,因而更應(yīng)該注意參考平面的連續(xù)性。
@ ly
評(píng)分:3分
不對(duì)。 1,差分耦合比重占據(jù)比例比參考平面的耦合還低,只有沒有參考面才會(huì)考慮差分對(duì)間的耦合方式,導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量,emi問(wèn)題相對(duì)差一些。 2,差分的回流路徑主要是差分對(duì)間,但是不等長(zhǎng)等形成的共模還是靠參考平面回流。如果此時(shí)去掉會(huì)導(dǎo)致部分回流面積過(guò)大,引入emi等問(wèn)題。 3,沒有參考平面阻抗控制本身也是個(gè)問(wèn)題。
@ hk
評(píng)分:3分
要看具體問(wèn)題,差分信號(hào)線離參考層的距離和差分線間的距離,那個(gè)距離小。那個(gè)就是最佳的返回路。徑。合理的利用參考層。
@ 側(cè)衛(wèi)
評(píng)分:2分
對(duì)于一般PCB上的差分線而言:首先,差分線對(duì)參考平面的耦合緊密于線間耦合,主要回流路徑是參考平面;其次,常見的差分輸出/輸入級(jí)是構(gòu)建在單端信號(hào)基礎(chǔ)上的差分,需要工作在適當(dāng)?shù)墓材7秶?。因?對(duì)未經(jīng)處理的一般差分線,需要低阻抗的地環(huán)路,即較為完整的隨路參考層。
@ 水號(hào)
評(píng)分:3分
不可以。因?yàn)樗械牟罘中盘?hào)參考的平面還是地平面或是電源平面,差分信號(hào)只是提高了抗干擾和增強(qiáng)emi emc效果,就像文中圖中兩個(gè)船的比較,首先要在海平面上
@ zhl
評(píng)分:2分
1,如果輸入的差分信號(hào)插座帶有地信號(hào),參考地平面不能去掉。2,如果輸入的差分信號(hào)插座不帶地信號(hào),可以去掉參考地平面,也可保留參考地。3,為消除可消除共模干擾建議保留參考地
@ 小葉紫檀
評(píng)分:1分
1,以太網(wǎng)為例,輸入的差分信號(hào)沒有地,且電壓較高,故這種差分不需要參考平面,但經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)變壓器轉(zhuǎn)換為低電平差分信號(hào)后,需要參考平面,抑制共模干擾。2,以u(píng)sb為例,輸入的差分信號(hào)有地信號(hào),有電源,電壓低,故此種信號(hào)需要參考平面
@ 海鷗
評(píng)分:1分
差分走線時(shí)不可以把參考平面拿掉,因?yàn)?1.差分線理論上是不需要參考平面,但在長(zhǎng)度不匹配時(shí)參考平面可以產(chǎn)生信號(hào)回流的 2.參考平面也差分線保持阻抗一致的重要確定因素,如果沒有參考平面,很容易出現(xiàn)因阻抗差異導(dǎo)致的信號(hào)完整性的問(wèn)題,尤其在信號(hào)速率比較高時(shí),問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重
@ 飛飛
評(píng)分:3分
在理想狀態(tài)下(均勻無(wú)損導(dǎo)體和介質(zhì)),當(dāng)走線耦合度遠(yuǎn)大于走線與回流層耦合度的情況下,可以移除回流層。但是,第一:不存在理想狀態(tài),走線的電流密度分布肯定存在差異,差異將導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降和輻射,表象就是阻抗不均勻;第二:耦合程度,當(dāng)走線與平面耦合程度超過(guò)走線兩者時(shí),走線回流大部分走回流層,由于沒有回流層,多余電流密度到處亂竄,也會(huì)引起信號(hào)質(zhì)量下降和輻射。
@ 大海象
評(píng)分:3分
板級(jí)的差分線一般都是松耦合,差分線之間的返回電流比較少,而參考平面返回電流占了主要部分。如果沒有參考平面,差分線的阻抗會(huì)變得很大
@ Unbox
評(píng)分:3分
最好還是保留參考層,因?yàn)椴罘中盘?hào)互為參考是建立在傳輸差模信號(hào)的基礎(chǔ)之上的,如果存在共模信號(hào),沒有參考層會(huì)帶來(lái)EMI問(wèn)題。比如以太網(wǎng)線,正常情況下都是傳輸?shù)牟钅P盘?hào),所以在網(wǎng)線的4對(duì)雙絞線中是沒有地的,但在PCB中,從接口到變壓器之間會(huì)保留PGND,這就是為了解決雷擊等產(chǎn)生的共模干擾問(wèn)題。同時(shí),PCB加工過(guò)程中,阻抗的測(cè)量也需要參考層才可以準(zhǔn)確控制。
@ 絕對(duì)零度
評(píng)分:3分
參考層的作用是為共模信號(hào)作為返回路徑和控制差分阻抗。
@ 中*臣
評(píng)分:2分
分兩種情況,第一種:輸入的差分信號(hào)插座帶有地信號(hào),此時(shí)參考地平面不可以去掉。第二種:輸入的差分信號(hào)插座不帶地信號(hào),則可以去掉參考地平面,也可保留參考地,建議保留參考地,消除可消除共模干擾
@ Ben
評(píng)分:1分
肯定不能去掉參考層呀。高速信號(hào)回流總會(huì)選擇感抗最小的路徑。差分信號(hào)之間的耦合度比較小,大約在3%到18%左右,之前也有文章也到過(guò),其偶合更高的其實(shí)還是它的主要參考層,因此差分信號(hào)的主要回流路徑還是它的主要參考層,只有出現(xiàn)跨分割的情況時(shí),差分信號(hào)大部分的回流才走差分對(duì)。而此時(shí)的共模信號(hào)回流就要走比較長(zhǎng)的路,會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的共模干擾,引起EMI問(wèn)題。這就好像有條大路你不走,非要走條鄉(xiāng)間小路,何必呢?
@ 煙火
評(píng)分:3分
不可以,對(duì)于差分信號(hào)其主要回流路徑還是參考地,參考平面不連續(xù)影響小并不是沒有影響,還是會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量,增加EMI風(fēng)險(xiǎn),另外無(wú)參考平面,阻抗控制也比較麻煩
@ Ku
評(píng)分:3分
理論上的差分線是等長(zhǎng)的,介質(zhì)是均勻的,所以可以不要參考地平面。而實(shí)際上,PCB的走線不可能等長(zhǎng),而且PCB的紡織布類似于田字格,那么兩根差分線不可能均勻的分布在田字格上,造成阻抗不均勻,實(shí)際上地平面上還是有返回電流的,所以,結(jié)論是——差分線也需要完整的參考地平面。
@ Allison Ye
評(píng)分:2分
不可以,差分線的回流路徑還是地平面,差分線與地平面的耦合可以增加抗emi的能力,而且沒有參考面不好做阻抗控制。
@ 涌
評(píng)分:2分
不可以。因?yàn)槟玫魠⒖计矫?傳輸線缺少參考面,導(dǎo)致阻抗不連續(xù),EMI,EMC問(wèn)題也隨之而來(lái);差分對(duì)除了兩根信號(hào)線(P/N)之間相互耦合外,還對(duì)參考平面有耦合,耦合較強(qiáng)的就成為主要回流路徑。缺少了參考面,就缺少了一種回流路徑,在很多時(shí)候信號(hào)的影響不容忽視。
@ Jamie
評(píng)分:3分
不能把參考層去掉啊,差分線是需要相對(duì)完整的參考地平面的。首先,差分線的主要回流路徑還是參考層的,只是跨分割時(shí)兩線可以互為參考一下,主要路徑不能給去掉啊。其次,如果沒有參考層,共模信號(hào)沒發(fā)搞定,帶來(lái)EMI問(wèn)題。再者就是,如果沒有參考層,阻抗控制沒法實(shí)現(xiàn)啊。
@ 桿
評(píng)分:3分
不可以,參考平面與差分構(gòu)成傳輸結(jié)構(gòu),返回電流在參考平面占了主要回路,如果沒有參考平面,差分線的阻抗無(wú)法控制,并且抗共模干擾會(huì)減小,另對(duì)于共模差分的話,EMI問(wèn)題較大。
@ 劉棟
評(píng)分:2分
差分線的參考層不可以去掉。因?yàn)?一、傳輸結(jié)構(gòu)需要參考層——參考平面與信號(hào)線一起組成傳輸結(jié)構(gòu),參考層能承載返回電流而且差分線的主要回流路徑還是經(jīng)過(guò)參考層的。二、差分線需要相對(duì)完整的參考地平面。三、板廠在PCB生產(chǎn)加工過(guò)程中,阻抗的控制也需要參考層才能準(zhǔn)確控制。四、沒有參考層的話,對(duì)于共模信號(hào)會(huì)帶來(lái)EMI問(wèn)題。參考層的存在有助于減少共模干擾。
@ 龍鳳呈祥
評(píng)分:3分
差分線的參考層不能拿掉。差分線是互為參考的,來(lái)表示邏輯高低。但差分線的參考層是必須的,拿掉參考層可能導(dǎo)致阻抗不連續(xù),信號(hào)產(chǎn)生突變,背離了差分原則。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號(hào)返回路徑,從信號(hào)回流角度分析,差分走線和普通的單端走線的機(jī)理是一致的,即高頻信號(hào)總是沿著電感最小的回路進(jìn)行回流,最大的區(qū)別在于差分線除了有對(duì)地的耦合之外,還存在相互之間的耦合,哪一種耦合強(qiáng),那一種就成為主要的回流通路。當(dāng)?shù)仄矫姘l(fā)生不連續(xù)的時(shí)候,無(wú)參考平面的區(qū)域,差分走線之間的耦合才會(huì)提供主要的回流通路。盡管參考平面的不連續(xù)對(duì)差分走線的影響沒有對(duì)普通的單端走線嚴(yán)重,但會(huì)降低差分信號(hào)的質(zhì)量,增加EMI,并不可取。
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