串行總線---差分互聯(lián)(一)

2017-04-10  by:CAE仿真在線  來源: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)差分對的時(shí)候,參考地不僅不能拿掉,還應(yīng)該認(rèn)真對待。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:


  1. 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)單端信號線等效阻抗的串聯(lián)(注意:這里說的是等效阻抗),單根線如果沒有參考平面,無法控制阻抗。同樣,差分線如果沒有參考平面,阻抗控制就會變得很困難。想象一下,如果沒有參考平面,我們怎么設(shè)計(jì)出100歐姆的差分阻抗?我們使用軟件來計(jì)算一下,將信號與參考層的間距拉得很遠(yuǎn),用來模擬沒有參考平面的情況。

串行總線---差分互聯(lián)(一)HFSS圖片1

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:

串行總線---差分互聯(lián)(一)HFSS圖片2

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)起來會很困難,像這種超級緊密的耦合也會帶來其他問題。

2.信號回流的需要


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,如下圖:

串行總線---差分互聯(lián)(一)HFSS圖片3

通常,差分信號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。

串行總線---差分互聯(lián)(一)HFSS分析圖片4

就像網(wǎng)友“煙火“說的,參考平面是大路,相鄰信號線只能算“鄉(xiāng)間小路”,在有參考平面的時(shí)候,信號回流更傾向于走“大路”。


3.EMI控制的需要


參考平面給信號提供回流的同時(shí),也將差分信號附近的電磁場最大程度的控制在信號線與參考層中間,從而減小了信號的輻射效應(yīng)。


綜上所述,參考平面對差分對來說,也是十分重要的。在多數(shù)板級互連中,信號線與平面間的耦合度遠(yuǎn)大于兩信號間的耦合度,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傳送。


至此,我們對差分線以及差分信號的回流又有了更深刻的認(rèn)識。文章中提到了差分阻抗,講到差分阻抗,信號的模態(tài)又是一個(gè)繞不開的話題,對差分對模態(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返回路徑,其實(shí)在信號回流分析上,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,無參考平面的區(qū)域,差分走線之間的耦合才會提供主要的回流通路,盡管參考平面的不連續(xù)對差分走線的影響沒有對普通的單端走線來的嚴(yán)重,但還是會降低差分信號的質(zhì)量,增加 EMI

@ Jasen

評分:3分

不可以??刂谱杩剐枰暾膮⒖计矫?現(xiàn)實(shí)中平面上也會有返回電流;有地參考平面可以減少共模干擾。

@ YUAN

評分:3分

記得之前高速先生講解時(shí)序時(shí),用戀人、愛人來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,對周工心生敬佩。即將步入婚姻殿堂的戀人,對外面世界充滿憧憬,“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“你我一爭吵很快就喊?!?。若沒有家,我們的喜悅和苦惱(共模信號,EMI)如何分享和分擔(dān)(共模回流,EMC)。

@ 山水江南

評分:2分

不能去掉參考平面;1、參考平面的作用有:與信號線一起構(gòu)成傳輸線結(jié)構(gòu)、能承載返回電流及控制阻抗等。(對于以太網(wǎng)口這種挖空銅皮、無參考平面的特殊差分對,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、對于差分對,一條走線的返回電流路徑主要集中在參考平面。從電感角度來說,流過參考平面的電流會大于流過另一條走線的電流;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。參考平面對差分對很重要。 3、工程中,使用差分方式傳輸?shù)男盘柾挤浅V匾?因而更應(yīng)該注意參考平面的連續(xù)性。

@ ly

評分:3分

不對。 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考慮差分對間的耦合方式,導(dǎo)致信號質(zhì)量,emi問題相對差一些。 2,差分的回流路徑主要是差分對間,但是不等長等形成的共模還是靠參考平面回流。如果此時(shí)去掉會導(dǎo)致部分回流面積過大,引入emi等問題。 3,沒有參考平面阻抗控制本身也是個(gè)問題。

@ hk

評分:3分

要看具體問題,差分信號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)

評分:2分

對于一般PCB上的差分線而言:首先,差分線對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/輸入級是構(gòu)建在單端信號基礎(chǔ)上的差分,需要工作在適當(dāng)?shù)墓材7秶?。因?對未經(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

評分:3分

不可以。因?yàn)樗械牟罘中盘枀⒖嫉钠矫孢€是地平面或是電源平面,差分信號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

評分:2分

1,如果輸入的差分信號插座帶有地信號,參考地平面不能去掉。2,如果輸入的差分信號插座不帶地信號,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

評分:1分

1,以太網(wǎng)為例,輸入的差分信號沒有地,且電壓較高,故這種差分不需要參考平面,但經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)變壓器轉(zhuǎn)換為低電平差分信號后,需要參考平面,抑制共模干擾。2,以usb為例,輸入的差分信號有地信號,有電源,電壓低,故此種信號需要參考平面

@ 海鷗

評分: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,但在長度不匹配時(shí)參考平面可以產(chǎn)生信號回流的 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)致的信號完整性的問題,尤其在信號速率比較高時(shí),問題會更嚴(yán)重

@ 飛飛

評分:3分

在理想狀態(tài)下(均勻無損導(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,也會引起信號質(zhì)量下降和輻射。

@ 大海象

評分:3分

板級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,差分線的阻抗會變得很大

@ Unbox

評分:3分

最好還是保留參考層,因?yàn)椴罘中盘柣閰⒖际墙⒃趥鬏敳钅P盘柕幕A(chǔ)之上的,如果存在共模信號,沒有參考層會帶來EMI問題。比如以太網(wǎng)線,正常情況下都是傳輸?shù)牟钅P盘?所以在網(wǎng)線的4對雙絞線中是沒有地的,但在PCB中,從接口到變壓器之間會保留PGND,這就是為了解決雷擊等產(chǎn)生的共模干擾問題。同時(shí),PCB加工過程中,阻抗的測量也需要參考層才可以準(zhǔn)確控制。

@ 絕對零度

評分:3分

參考層的作用是為共模信號作為返回路徑和控制差分阻抗。

@ 中*臣

評分:2分

分兩種情況,第一種:輸入的差分信號插座帶有地信號,此時(shí)參考地平面不可以去掉。第二種:輸入的差分信號插座不帶地信號,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

評分:1分

肯定不能去掉參考層呀。高速信號回流總會選擇感抗最小的路徑。差分信號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,其偶合更高的其實(shí)還是它的主要參考層,因此差分信號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),差分信號大部分的回流才走差分對。而此時(shí)的共模信號回流就要走比較長的路,會導(dǎo)致比較嚴(yán)重的共模干擾,引起EMI問題。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

評分:3分

不可以,對于差分信號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,還是會降低信號質(zhì)量,增加EMI風(fēng)險(xiǎn),另外無參考平面,阻抗控制也比較麻煩

@ Ku

評分:3分

理論上的差分線是等長的,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,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問題也隨之而來;差分對除了兩根信號線(P/N)之間相互耦合外,還對參考平面有耦合,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)候信號的影響不容忽視。

@ Jamie

評分:3分

不能把參考層去掉啊,差分線是需要相對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,共模信號沒發(fā)搞定,帶來EMI問題。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,差分線的阻抗無法控制,并且抗共模干擾會減小,另對于共模差分的話,EMI問題較大。

@ 劉棟

評分: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)過參考層的。二、差分線需要相對完整的參考地平面。三、板廠在PCB生產(chǎn)加工過程中,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,對于共模信號會帶來EMI問題。參考層的存在有助于減少共模干擾。

@ 龍鳳呈祥

評分:3分

差分線的參考層不能拿掉。差分線是互為參考的,來表示邏輯高低。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返回路徑,從信號回流角度分析,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,無參考平面的區(qū)域,差分走線之間的耦合才會提供主要的回流通路。盡管參考平面的不連續(xù)對差分走線的影響沒有對普通的單端走線嚴(yán)重,但會降低差分信號的質(zhì)量,增加EMI,并不可取。


開放分享:優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才

相關(guān)標(biāo)簽搜索:串行總線---差分互聯(lián)(一) HFSS電磁分析培訓(xùn) HFSS培訓(xùn)課程 HFSS技術(shù)教程 HFSS無線電仿真 HFSS電磁場仿真 HFSS學(xué)習(xí) HFSS視頻教程 天線基礎(chǔ)知識 HFSS代做 天線代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 

編輯
在線報(bào)名:
  • 客服在線請直接聯(lián)系我們的客服,您也可以通過下面的方式進(jìn)行在線報(bào)名,我們會及時(shí)給您回復(fù)電話,謝謝!
驗(yàn)證碼

全國服務(wù)熱線

1358-032-9919

廣州公司:
廣州市環(huán)市中路306號金鷹大廈3800
電話:13580329919
          135-8032-9919
培訓(xùn)QQ咨詢:點(diǎn)擊咨詢 點(diǎn)擊咨詢
項(xiàng)目QQ咨詢:點(diǎn)擊咨詢
email:kf@1cae.com