差分信号分析
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差分信号线的原理和优缺点分析随着近几年对速率的要求快速提高,新的总线协议不断的提出更高的速率。
传统的总线协议已经不能够满足要求了。
串行总线由于更好的抗干扰性,和更少的信号线,更高的速率获得了众多设计者的青睐。
而串行总线又尤以差分信号的方式为最多。
所以在这篇中整理了些有关差分信号线的设计和大家探讨下。
1.差分信号线的原理和优缺点差分信号(Differential Signal)在高速电路设计中的应用越来越广泛,电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢?在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢?带着这两个问题,我们进行下一部分的讨论。
何为差分信号?通俗地说,就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。
而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。
差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三个方面:a.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
b. 能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,如图在A-A‘的电流是从右到左,那B-B‘的是从左到右,那么按右手螺旋定则,那他们的磁力线是互相抵消的。
耦合的越紧密,互相抵消的磁力线就越多。
泄放到外界的电磁能量越少。
c.时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。
目前流行的LVDS(low voltage differenTIal signaling)就是指这种小振幅差分信号技术。
2.差分信号的一个实例:LVDS。
差分信号直流分量
在信号处理中,差分信号和直流分量是两个重要的概念,它们通常与时域分析和频域分析有关。
差分信号:
差分信号是指信号中相邻时刻的数值差异。
在离散时间信号中,差分通常通过计算相邻样本之间的差值来表示。
对于连续时间信号,差分可以通过微分运算来表示。
差分信号的分析有助于了解信号的变化趋势、斜率和动态特性。
在图像处理和通信领域,差分常用于边缘检测和数据压缩等应用。
直流分量:
直流分量是信号中的平均值或常量成分。
在信号中,直流分量表示信号在长时间内的偏移或基准水平。
可以通过去除直流分量来使信号以零为中心。
直流分量的计算通常涉及信号的平均值。
在频域分析中,直流分量对应于频谱中的零频率成分。
这两个概念通常一起使用,尤其在时域分析中。
例如,一个信号可以被分解为其直流分量和差分信号,这有助于分析信号的基本特性。
在数字信号处理中,常常采用差分方程或者差分运算来处理信号。
总的来说,差分信号描述了信号的变化趋势,而直流分量则描述了信号的平均水平。
在信号处理和通信系统设计中,对这两个概念的理解和分析是非常重要的。
差分输出型传感器的信号差分放大电路一般特性分析▪ 选择适当的传感器信号放大电路对于电桥形式的信号输出处理,使用者一般都了解需要选择差分放大。
差分放大也有几种类型,比较一下哪一种更加合适。
1. 单运放差分放大:现实比理想更骨感设想中,差分输出为: V out =R 4R 3+R 4(1+R 2R1)V in2−R 2R 1×V in1,当R 2R 1=R 4R 3时,可以得到V out =R 2R 1(V in2−V in1)?实际电路中一定要考虑传感器电桥本身的输出阻抗,而且该阻值还会随着工况有变化。
因此实际输出信号要复杂一些。
因为传感器输出阻抗的存在,破坏了放大电路对共模抑制的要求,把输入共模信号也作为有效但是却不受控信号的一部分放大后输出。
V out =R 4R 3+∆R 2+R 4(1+R 2R 1+∆R 1)V in2−R 2R 1+∆R 1×V in1所以,这种单运放差分对于电阻型电桥传感器这种输出阻抗较大的信号放大并不适用。
关于其特点 后面还会提到。
2. 双运放差分放大单端输出:其中:图-1单运放放大设想(左)及实际效果(右)图-2双运放差分放大•Vin1为传感器正向信号输入,Vin2为传感器负向信号输入,RG为增益电位器,VB为偏置电压•由虚短接可知,VN1=Vin1, VN2=Vin2根据图-4,对于理想运放得:{V in2−V BR4=V o1−V in2R2+V in1−V in2R GV out−V in1R3=V in1−V o1R1+V in1−V in2R G•根据一般方程得:V out=(V in1−V in2)(R3R1+R3R G+R2R3R1R G+1)+R2R3R1R G×V B+(1−R2R3R1R4)V in2(1)•如果R1=R2, R3=R4,则:V out=V B+(V in1−V in2)(R3R1+2∗R3R G+1)(2)该电路中高阻输入端较好地隔离了传感器输出阻抗对电路的影响,但是一方面,电路的第一级同时也放大了输入的共模电压。
OLED生产线设备中的LVDS信号测试与分析技术介绍概述OLED(有机发光二极管)是一种新型的显示技术,具有高对比度、快速响应时间和真实色彩等优点,因此在显示器领域得到广泛应用。
在OLED生产线上,为了确保产品质量和稳定性,需要对LVDS(低压差分信号)进行测试和分析。
LVDS信号是数字信号的一种,通过差分传输来减少信号的干扰和噪声,提高传输质量和可靠性。
LVDS信号测试技术LVDS信号测试是指通过特定的测试仪器和方法对LVDS信号进行测量和分析。
常用的LVDS信号测试技术包括以下几个方面:1. 信号采集:通过示波器或逻辑分析仪等测试仪器,将LVDS信号采集并保存为波形数据,方便后续分析。
2. 时序分析:对LVDS信号的时序进行分析,包括上升沿、下降沿、持续时间等参数的测量。
通过时序分析,可以判断LVDS信号的稳定性和传输速率是否符合要求。
3. 电压测量:LVDS信号的传输电压通常为低电平、高电平差分值,需要对其进行准确测量。
通过示波器等仪器的电压测量功能,可以检测LVDS信号的电平是否在规定范围内。
4. 波形分析:对LVDS信号的波形进行分析,包括波形形状、噪声幅度、抖动等参数的测量。
波形分析可以帮助判断LVDS信号的质量和稳定性。
5. 差分传输测试:LVDS信号是一种差分传输信号,需要测试其差分幅度、差分相位和差分噪声等参数。
差分传输测试可以评估LVDS信号的传输性能和抗干扰能力。
LVDS信号分析技术除了测试LVDS信号的各项参数和特性外,还需要对其进行分析,以发现潜在的问题和改进空间。
常用的LVDS信号分析技术包括以下几个方面:1. 数据处理:将LVDS信号的波形数据导入相关的分析软件,进行数据处理和统计分析。
通过数据处理,可以获取波形的平均值、最大值、最小值等统计参数,进一步分析和优化信号质量。
2. 频谱分析:将LVDS信号的波形进行傅里叶变换,得到其频谱图。
通过频谱分析,可以判断LVDS信号是否存在频率干扰、谐波噪声等问题,从而采取相应的改进措施。
can差分信号电压波形1. 引言CAN(Controller Area Network)是一种广泛应用于汽车、工业自动化等领域的串行通信协议。
CAN总线上的通信主要通过差分信号进行传输,差分信号电压波形是评估CAN总线通信质量和性能的重要指标。
本文将从差分信号的定义、特点、波形分析等方面对CAN差分信号电压波形进行全面深入地探讨。
2. 差分信号的定义和特点差分信号是指由两个相对互补的信号组成的信号对,其中一个信号为正相位信号,另一个信号为负相位信号。
在CAN总线中,差分信号由CAN_H和CAN_L两个导线组成,CAN_H为正相位信号,CAN_L为负相位信号。
差分信号具有以下特点: - 抗干扰能力强:由于差分信号是通过比较CAN_H和CAN_L两个信号的电压差来传输信息,因此对于共模干扰信号具有较强的抑制能力。
- 抗衰减能力强:差分信号传输过程中,信号的衰减与CAN_H和CAN_L两个信号的电压差有关,而与CAN_H和CAN_L的绝对电压值无关,因此差分信号的传输距离较远时,衰减较小。
- 传输速率高:差分信号传输速率可以达到较高的数十兆比特每秒(Mbps),适用于高速数据传输。
3. 差分信号电压波形分析差分信号电压波形是评估CAN总线通信质量和性能的重要指标,通过对差分信号电压波形的分析可以判断信号的稳定性、噪声水平、传输延迟等参数。
3.1 信号稳定性分析差分信号电压波形的稳定性是指信号在传输过程中的波动情况。
稳定的差分信号电压波形应具有以下特点: - 平稳性:差分信号的电压波形应尽量保持平稳,不出现明显的波动和幅度变化。
- 对称性:CAN_H和CAN_L两个信号的电压波形应对称,即CAN_H的电压波形与CAN_L的电压波形在幅度和波形形状上具有相似性。
- 噪声水平低:差分信号的电压波形应尽量减少噪声的干扰,保持较低的噪声水平。
3.2 噪声分析差分信号电压波形中的噪声主要来自于两个方面:外部干扰和内部干扰。
动态差分技术方案1.GPS 观测及观测误差GPS 卫星发送的信号,包含有三种类型的信号,即载波、测距码(伪随机码)和数据码。
GPS 系统使用电磁波的L 波段,发射两个频率的载波信号,即1L 载波和2L 载波。
1L 载波频率MHz 42.1575,波长190.0米;2L 载波频率MHz 60.1227,波长244.0米。
在1L 载波上调制有C/A (Coarse/Acquisition )码、P (Precise )码和数据码,在2L 载波上调制有P 码和数据码。
其中C/A 码码率MHz 023.1,码长bit 1023,码周期ms 1,码元宽度us 98.0,等效距离为1.293米。
P 码码率MHz 23.10,码长bit 141035.2 ,码周期约267天,码元宽度us 098.0,等效距离3.29米。
在GPS 现代化后,将在2L 载波上增加C/A 码,并增设一民用频率5L 载波,其频率MHz 1176.45,波长255.0米。
在其上调制有民用码。
GPS 测量含有多种误差,根据误差的来源,可分为三类: ● 与GPS 卫星有关的误差● 与信号传播有关的误差● 与接收机有关的误差根据误差的性质,这些误差又可分为系统误差和随机误差两类。
系统性的误差主要包括:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、接收机钟差和接收机位置误差。
随机误差主要包括多路径效应误差和接收机噪声。
1.1卫星轨道误差卫星轨道误差也称卫星星历误差,系指卫星位置计算的误差。
估计与处理卫星的轨道误差一般比较困难,其主要原因是,卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响,而通过地面监测站,又难以充分可靠地测定这些作用力,并掌握它们的作用规律。
目前,用户通过广播星历,所得到的卫星位置信息,其相应的误差约为5m~40m。
通过国际GPS服务组织(International GPS Service ,IGS)等提供的事后精密星历,算得的卫星位置,其误差可小于0.05m。
在AD出Gerber的时候,在layer选项下有2个栏,Layer to Plots和Mechanical layers to Add to All Plot. 一般情况下Mechanical layers to Add to All Plot.可以不予理会,此处的意思表示需要添加到任何层面的mechanical layers出Gerber的时候,如果没有删除room,有时会提示The film is too small for this PCB.因为room 会在角落离开PCB很远,但是gerber需要包含room的信息,如果gerber时候设置的film 的大小比较小,就会有这个问题。
如果有些object实在无法寻找,而需要的object比较好选择,可以ctrl+A,然后deselect需要的object,直接del即可将无法找寻的objectdel掉用PCB Inspector批量修改pad的soldermask expansion的时候,必须先勾选soldermask override,表示可以自定义soldermask expansion在Altium Designer里面设置内层pad和via的连接的时候,需要将pad设置为thermal,而via不需要,在设置all pad thermal connect以后,需要再add一个all direct connect的rule,优先级设置低于all pad thermal connect..否则所有的via将不会被连接到内层的plane低阻抗PDS的设计要点使GND与VCC尽量靠近 / 低电感值的去耦电容 / 封装assign多个寄生电感低的VCC与GND Via/常见的电磁干扰源差分信号转化为公模信号,在外部双绞线缆上输出PCB地弹在外部单端屏蔽线上产生公模电流。
附加的噪声可以由内部产生的辐射泄露溢出屏蔽罩引起做PCB NPTH的时候,可以在mechaincal 1层做一个NPTH,选中,Tool -> Convert -> Creat Board Cutout from Select Primitives可以在PCB上做一个针对所有层的Routing Keepout(not all electronical layer),首先在mechaincal 1 layer上做一个primitive,选中,Tool -> Convert -> Creat Cutout from Select Primitives在allegro中,框选一个封闭的line,可以compose 以line为外框的shape。
多信道数据传输技术分析【摘要】文章分析了应用LVDS技术解决雷达系统中多信道、高速数据的传输问题。
【关键词】数据传输技术Abstract :The paper mainly discusses the multichannel data transmission technology.1.LVDS传输技术LVDS是一种小振幅差分信号技术,使用非常低的幅度信号(约350mV)通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据。
它允许单个信道传输速率达到每秒数百兆比特,其特有的低振幅及恒流源模式驱动只产生极低的噪声,消耗非常小的功率。
同时,LVDS也是对高速/低功耗数据传输的一个多任务接口标准,在ANSI/TIA/EIA-644-1995标准中被标准化。
1.1 LVDS工作原理LVDS的原理,其驱动器由一个恒流源(通常为3.5mA)驱动一对差分信号线组成。
在接收端有一个高的直流输入阻抗(几乎不会消耗电流),所以几乎全部的驱动电流将流经100Ω的终端电阻在接收器输入端产生约350mV的电压。
当驱动状态反转时,流经电阻的电流方向改变,于是在接收端产生一个有效的"0"或"1"逻辑状态。
1.2 LVDS技术的特点LVDS技术之所以能够解决目前物理层接口的瓶颈,正是由于其在速度、噪声/EMI、功耗、成本等方面的优点。
1.2.1高速传输能力LVDS技术的恒流源模式低摆幅输出意味着LVDS能高速驱动,例如:对于点到点的连接,传输速率可达800Mbps;对于多点互连FR4背板,十块卡作为负载插入总线,传输速率可达400Mbps。
1.2.2低噪声/低电磁干扰LVDS信号是低摆幅的差分信号。
众所周知,差分数据传输方式比单线数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗能力,在两条差分信号线上电流以方向及电压振幅相反,噪声以共模方式同时耦合到两条线上。
而接收端只关心两信号的差值,于是噪声被抵消。
由于两条信号线周围的电磁场也相互抵消,故比单线信号传输电磁辐射小得多。
如果差分信号走线过程中的参考平面改变了,到底会对差分信号的质量产生何种影响?差分线的设计原则是等长等距不能cross-moat.这都是有原因的.差分信号P\\N的差值就是我们所要传递的信号,同时每一个线上面都有共模信号.后者是造成电磁辐射的主要源头,常常在靠近连接器的地方加共模choke抑制.差分线等长等距的原因是因为p上面信号值减去N上面信号的时候,必须是对应地减去,如果不等长或者不等距,将使得这样的差值发生根本性的破坏.信号完整性检查眼图的时候会发现超标.而楼上大家关心的是能不能crossmoat的问题.这一点我详细说明.我先说信号参考同一个板层就是习惯上说的layer,如果差分信号在top层走,以layer2作为参考平面.差分信号的两根线下面都有高速返回的镜象电流,紧贴在差分信号的下面.之所以紧贴是因为这样可以使得信号遇到的电感最小.差分信号的上升沿很短,一般在2ns左右.假如这时候差分信号的参考平面有沟道,比如说layer2的电源不止一个,举个例子,差分信号的下面原来参考的是+5V电源层,现在参考+3.3v,这时候就会出问题.因为+5与+3.3的两个模块之间有沟道.镜象电流在沟道处被割断,将寻找低阻抗路径完成返回电流的连续.换句话说路径的改变造成了电流环路面积的增大,这个直接影响就是EMI测试的超标.在EMI中这称为return path uncontinuity.如果信号穿层从top到bottom.信号的参考平面从layer2到了倒数第二层,倒数第二层如果是GND.差分信号的参考平面绝对不能够改变.比如usb信号在第一层走的时候下面参考的是+5v,那么到了最下面的倒数第2层.必须在倒数第2层割出一块+5的电源在USB差分线的下方.这是原理.在EMI中这还是return path uncontinuity的一种情况.事实上面高速信号(包括差分信号)以某些电势位(比如+1.8v,+3.3v)作为参考平面(就是镜象电流流过的那层)不是一种好的方法,这会造成电源的不干净.比教好的做法是以地(0v电势位)作为参考平面,换层到top时候,把第二层划出一块地.目标就是差分信号的参考平面永远是同一个电势位.任何不同都会造成返回路径不连续从而引起环路面积增大,最后造成EMI超标.信号的反射和差分本来就是两回事,差分的本来目的确实是为了抑制共模干扰,具体要求和前后级的具体电路和CMRR有关。
分传输的电压来表示的。
另一方面,一个差分信号作用在两个导体上。
信号值是两个导体间的电压差。
尽管不是非常必要,这两个电压的平均值还是会经常保持一致。
可以想象,这两个导体上被同时加入的一个相等的电压,也就是所谓共模信号,对一个差分放大系统来说是没有作用的,也就是说,尽管一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏,但它却可以对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。
这个指标叫做差分放大器的共模抑制比(CMRR),一般的运算放大器可以达到90db 以上,高精度运放甚至达到120db。
因为干扰信号一般是以共模信号的形式存在,所以差分信号的应用极大地提高了放大器系统的信噪比。
优点当不采用单端信号而采取差分信号方案时,我们用一对导线来替代单根导线,增加了任何相关接口电路的复杂性。
那么差分信号提供了什么样的有形益处,才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢?差分信号的第一个好处是,因为你在控制'基准'电压,所以能够很容易地识别小信号。
在一个地做基准,单端信号方案的系统里,测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。
信号源和信号接收器距离越远,他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。
从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关,而在某一范围内。
差分信号的第二个主要好处是,它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。
一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。
既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。
除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。
差分信号提供的第三个好处是,在一个单电源系统,能够从容精确地处理'双极'信号。
为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。
用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。
接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。
而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度,而无须依赖虚地的稳定性。
作用对差分信(VDS)号而言,对其影响最大的因素是它们的对地阻抗是否一致,也就是对地平衡度,它们之间相对的阻抗影响并不特别重要,之间分布电容大了只会衰落信号强度,不会引入噪声和干扰,也就是对信噪比不会产生很大影响。
差分信号只是使用两根信号线传输一路信号,依靠信号间电压差进行判决的电路,既可以是模拟信号,也可以是数字信号。
实际的信号都是模拟信号,数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。
因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。
一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。
从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。
在某些系统里,系统“地”(GND)被用作电压基准点。
当“地”当作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。
我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。
VDS不是传输速率快,是抗干扰能力强。
有信号时,一棵线电压+V,另一棵线电压-V,接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V。
外界的干扰信号在两棵线上的是同样幅度和极性的+v信号,在接收端差值的过程中互相抵消了。
由于抗干扰能力强,数字信号不易出错,可以避免因校验出错引起的重发,从这个意义上说差分信号传输速率。
差分的概念在《模拟电路》课程里已经学习过了。
差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号,差分信号用于传输有用的信号。
共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号,共模信号往往来自于外部干扰。
差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。
差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用,而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。
差分传输的信号能够对外部干扰起到很强的抗干扰能力。
原始的输入信号经过倒相器和缓冲器之后形成一对大小相等而极性相反的差分信号。
对模拟信号,倒相器可以用运算放大器的反相比例放大电路来实现,缓冲器可以用运算放大器的同相跟随电路来实现。
对数字信号,可以分别用“非门”逻辑和同相缓冲器来实现。
差分信号在PCB(印制线路板)上被安排成“密近平行线”(PCB布线要领!),用电缆连接两台设备时则采用并行排线或双绞线。
在差分信号传输过程中会遇到外部干扰信号,但是,由于两根差分信号线始终在一起,因此干扰信号一般都会同时作用在两根信号线上,形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号。
到了接收端,差分放大器只对差分信号(有用信号)敏感,而对共模信号(干扰信号)形成抑制。
这样,差分传输的信号就具备了很强的抗干扰能力,因此特别适用于中远距离通信或高速通信。
相比之下,UART的两根信号线TXD和RXD就不适合于远距离通信,因为不是差分信号,所以一旦遇到外部干扰,信号就会严重畸变,在接收端因无法区分有用信号的和干扰信号而会形成大量的误码。
3比较差分信号与传统的一根信号线一根地线(即单端信号)走线的做法相比,其优缺点分别是:优点1、抗干扰能力强。
干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上,而其差值为0,即,噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
2、能有效抑制电磁干扰(EMI)。
由于两根线靠得很近且信号幅值相等,这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等,同时他们的信号极性相反,其电磁场将相互抵消。
因此对外界的电磁干扰也小。
3、时序定位准确。
差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点,作为判断逻辑0/1跳变的点的。
而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点,受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大,不适合低幅度的信号。
缺点若电路板的面积非常紧张,单端信号可以只有一根信号线,地线走地平面,而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。
这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小,以至于只能穿过一根走线的情况下。
4常见误区误区一认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。
造成这种误区的原因是被表面现象迷惑,或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。
差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。
地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线和普通的单端走线的机理是一致的,即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路.在PCB电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占 10~20%的耦合度,更多的还是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。
当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还是会降低差分信号的质量,增加EMI,要尽量避免。
也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论误区五双绞线上面走的不一定是差分信号,单端信号在双绞线上的电磁辐射也比平行走线的辐射小。
5布线策略布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合,这种互相之间的耦合会减小EMI发射,差分信号线的主要缺点是增加了PCB的面积,本文介绍电路板设计过程中采用差分信号线布线的布线策略。
众所周知,信号存在沿信号线或者PCB 线下面传输的特性,即便我们可能并不熟悉单端模式布线策略,单端这个术语将信号的这种传输特性与差模和共模种信号传输方式区别开来,后面这两种信号传输方式通常更为复杂。
差分和共模方式差模信号通过一对信号线来传输。
一个信号线上传输我们通常所理解的信号;另一个信号线上则传输一个等值而方向相反(至少在理论上是这样)的信号。
差分和单端模式最初出现时差异不大,因为所有的信号都存在回路。
单端模式的信号通常经由一个零电压的电路(或者称为地)来返回。
差分信号中的每一个信号都要通过地电路来返回。
由于每一个信号对实际上是等值而反向的,所以返回电路就简单地互相抵消了,因此在零电压或者是地电路上就不会出现差分信号返回的成分。
共模方式是指信号出现在一个(差分)信号线对的两个信号线上,或者是同时出现在单端信号线和地上。
对这个概念的理解并不直观,因为很难想象如何产生这样的信号。
这主要是因为通常我们并不生成共模信号的缘故。
共模信号绝大多数都是根据假想情况在电路中产生或者由邻近的或外界的信号源耦合进来的噪声信号。
共模信号几乎总是“有害的”,许多设计规则就是专为预防共模信号出现而设计的。
差分信号线的布线通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号,所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线,特别是设计传输线这样的信号线时更是如此。
这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线,以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数。
在差分线对的布局布线过程中,我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致。
这就意味着,在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一样的阻抗并且布线的长度也完全一致。
差分PCB线通常总是成对布线,而且它们之间的距离沿线对的方向在任意位置都保持为一个常数不变。
通常情况下,差分线对的布局布线总是尽可能地靠近。
差分信号的优势单端信号通常总是参照某种“参考”电平。
这种“参考”电平可能是一个正值电压也可能是地电压、一个器件的阈值电压、或者是其它什么地方的另外一个信号。
而另一方面差分信号则总是参照该差分线对中的另一方。
也就是说,如果一个信号线(+信号)上的电压高于另一个信号线(-信号)上的电压,那么我们就可以得到一种逻辑状态;而如果前者低于后者那么我们就可以得到另外的一种逻辑状态。
几个优点1. 时序得到精确的定义,这是由于控制信号线对的交叉点要比控制信号相对于一个参考电平的绝对电压值来得简单。
这也是需要精确实现差分线对等长布线的一个理由。
如果信号不能同时到达差分线对的另一端的话,那么源端所能够提供的任何时序的控制都会大打折扣。
此外,如果差分线对远端的信号并非严格意义上的等值而反向,那么就会出现共模噪声,而这将导致信号时序和EMI方面的问题。
2. 由于差分信号并不参照它们自身以外的任何信号,并且可以更加严格地控制信号交叉点的时序,所以差分电路同常规的单端信号电路相比通常可以工作在更高的速度。
由于差分电路的工作取决于两个信号线(它们的信号等值而反向)上信号之间的差值,同周围的噪声相比,得到的信号就是任何一个单端信号的两倍大小。
所以,在其它所有情况都一样的条件下,差分信号总是具有更高的信噪比因而提供更高的性能。
差分电路对于差分对上的信号电平之间的差异非常灵敏。