差分線傳輸的兩臺設備需要共地嗎?

誤區一

認爲差分信號不需要地平面作爲迴流路徑,或者認爲差分走線彼此爲對方提供迴流途徑。造成這種誤區的原因是被表面現象迷惑,或者對高速信號傳輸的機理認識還不夠深入。差分電路對於類似地彈以及其它可能存在於電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。地平面的部分迴流抵消並不代表差分電路就不以參考平面作爲信號返回路徑,其實在信號迴流分析上,差分走線和普通的單端走線的機理是一致的,即高頻信號總是沿着電感最小的迴路進行迴流,最大的區別在於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,那一種就成爲主要的迴流通路.在PCB電路設計中,一般差分走線之間的耦合較小,往往只佔 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於地平面。當地平面發生不連續的時候,無參考平面的區域,差分走線之間的耦合纔會提供主要的迴流通路,儘管參考平面的不連續對差分走線的影響沒有對普通的單端走線來的嚴重,但還是會降低差分信號的質量,增加 EMI,要儘量避免。也有些設計人員認爲,可以去掉差分走線下方的參考平面,以抑制差分傳輸中的部分共模信號,但從理論上看這種做法是不可取的,阻抗如何控制?不給共模信號提供地阻抗迴路,勢必會造成 EMI 輻射,這種做法弊大於利。

誤區二

認爲保持等間距比匹配線長更重要。在實際的PCB佈線中,往往不能同時滿足差分設計的要求。由於管腳分佈,過孔,以及走線空間等因素存在,必須通過適當的繞線才能達到線長匹配的目的,但帶來的結果必然是差分對的部分區域無法平行。PCB 差分走線的設計中最重要的規則就是匹配線長,其它的規則都可以根據設計要求和實際應用進行靈活處理。

誤區三

認爲差分走線一定要靠的很近。讓差分走線靠近無非是爲了增強他們的耦合,既可以提高對噪聲的免疫力,還能充分利用磁場的相反極性來抵消對外界的電磁干擾。雖說這種做法在大多數情況下是非常有利的,但不是絕對的,如果能保證讓它們得到充分的屏蔽,不受外界干擾,那麼我們也就不需要再讓通過彼此的強耦合達到抗干擾和抑制 EMI 的目的了。如何才能保證差分走線具有良好的隔離和屏蔽呢?增大與其它信號走線的間距是最基本的途徑之一,電磁場能量是隨着距離呈平方關係遞減的,一般線間距超過4 倍線寬時,它們之間的干擾就極其微弱了,基本可以忽略。此外,通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用,這種結構在高頻的(10G 以上)IC封裝PCB 設計中經常會用採用,被稱爲CPW結構,可以保證嚴格的差分阻抗控制(2Z0)。

差分走線也可以走在不同的信號層中,但一般不建議這種走法,因爲不同的層產生的諸如阻抗、過孔的差別會破壞差模傳輸的效果,引入共模噪聲。此外,如果相鄰兩層耦合不夠緊密的話,會降低差分走線抵抗噪聲的能力,但如果能保持和周圍走線適當的間距,串擾就不是個問題。在一般頻率(GHz 以下),EMI 也不會是很嚴重的問題,實驗表明,相距 500Mils 的差分走線,在3 米之外的輻射能量衰減已經達到 60dB,足以滿足 FCC電磁輻射標準,所以設計者根本不用過分擔心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題。

誤區四

差分曼切斯特編碼並不是差分信號的一種,它指的是用在每一位開始時的電平跳變來表示邏輯狀態“0”,不跳變來表示邏輯狀態“1”。但每一位中間的跳變是用來做同步時鐘,沒有邏輯意義。

誤區五

雙絞線上面走的不一定是差分信號,單端信號在雙絞線上的電磁輻射也比平行走線的輻射小。

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