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差分對耦合的問題

前面說的都是無耦合,也就是理想情況。實際的情況,差分對是有耦合,簡單來說,耦合的產生就是相互之間的互容互感產生的。

那么有耦合的情況,說說兩個相關問題:

返回路徑問題

差分對其中一條線的返回路徑可不可以是另外一條線?這里分兩種情況:

信號線與平面之間的耦合大于兩條信號線相互之間的耦合,返回平面中的返回電流各自分布在兩條傳輸線下面。當差分信號驅動經過這兩條傳輸線,每條傳輸線下的平面都有各自局部的電流分布,但在返回平面的電流分布不會出現重疊。

信號線與平面之間的耦合小于兩條信號線相互之間的耦合,返回路徑的電流分布會相互重疊,相當于完全抵消掉,這時候可以把一條傳輸線看成另外一條傳輸線的返回路徑。這種情況常見的就是連接器的引腳,因為相互之間的耦合比較大。

最終,還是需要看產品設計的疊層,來對比差分對線與線之間耦合以及線與平面之間的耦合強弱。見文中開頭的圖片。

松緊耦合的問題

差分對松緊耦合的爭論就是緊耦合好還是松耦合好,這個問題可以從下面幾個方面來評估:

①損耗問題

介質材料和厚度保持一致的情況下,線越寬,線間距越大,也就是說松耦合的線寬大于緊耦合。相關的疊層信息如下:

緊耦合的線寬比較細,理論分析損耗會比較大。仿真得出的結果也是線寬越細,損耗越大。

②串擾問題

從理論上來說,差分信號的最大的優勢就是抗干擾性。

從仿真的數據來看,差分信號緊耦合的抗干擾能力會比松耦合好一點,在輸入信號的幅值為1V ,傳輸線長度為1000 mil的條件下,近端串擾的差值為1mv,遠端串擾的差值為6mv。

③反射問題

產品設計中,在BO或者連接器區域,差分對沒辦法保持合適的線寬和線間距,那就是線間距沒辦法管控,造成差分信號變成單端信號。

以上面三個差分對的信息得出單端50ohm的阻抗線寬為5.4mil,上面的線寬為5mil,4.7mil,3.8mil。理論分析,線越細,阻抗越大,反射越大。

仿真的結果,線間距最小的差分對反射最大,線間距最大的差分對反射最小。

總結

緊耦合的損耗比較大,反射的問題也比較嚴重,只是串擾能力相對好一些。那是不是我們就選擇松耦合來進行相關設計?實際的情況是,隨著產品的小型高密度化,加上成本的管控,PCB板的大小也被嚴格控制,布線的空間被嚴重壓縮,更多選擇緊耦合來完成產品設計。

還有一個常見的問題,就是線間距和線寬什么關系下,可以稱之為緊耦合。這個是沒有定量的數據,有的資料是2W,有的給出的是1.5W,最終還是要更好地平衡相關產品設計空間。

BTW,Pola評估阻抗的線寬W1和W2一般是有1mil差值,但這里做這樣的處理,是因為想把變量統一,關于這個差值是否對結論產生影響,如果有板廠或者對其熟悉的相關朋友,可以留言補充一下。也可以私信溝通,謝謝。

時間關系和能力問題,文字中會存在一些錯誤的地方,請大家多多指正。感謝。

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