消除串擾：LVDS路由和差分信號處理技術(shù)

2021-04-17

消除串擾：LVDS路由和差分信號處理技術(shù)

電子產(chǎn)品擁有自己的無(wú)聲語(yǔ)言版本，幾乎可以在電路中即時(shí)交換各種信號。單端信令的特點(diǎn)是發(fā)送器生成一個(gè)電壓，接收器將其與固定參考電壓進(jìn)行比較。

差分信令使用彼此靠近放置的兩個(gè)互補信號來(lái)傳輸信息。在操作過(guò)程中，差分信號激勵耦合的傳輸線(xiàn)并形成差分對。發(fā)射器發(fā)送與差分信號對相同的電信號，每個(gè)信號都有一個(gè)導體。接收器響應兩個(gè)信號之間的電氣差異。差分信號的導體范圍從雙絞線(xiàn)和帶狀電纜到連接器和PCB走線(xiàn)。

低壓差分信號或LVDS路由已成為最差分的信號應用，并提供二進(jìn)制數據的高速傳輸?；?span>LVDS的應用消耗的功率更少，產(chǎn)生的EMI最小，并且具有更高的抗噪能力。LVDS的數據速率高達3.125 Gbps，信號轉換時(shí)間短至260皮秒。

錯過(guò)的信號毀了這一天

一個(gè)錯過(guò)的標志可以改變棒球比賽的方向。同樣，導致信號質(zhì)量或電磁兼容性（EMC）問(wèn)題的布局問(wèn)題也會(huì )損害電路性能。在高時(shí)鐘頻率和邊沿速率的情況下，PCB互連充當傳輸線(xiàn)，并且在沒(méi)有適當預防措施的情況下，可能會(huì )使任何可能出錯的地方出錯。當不匹配的阻抗產(chǎn)生反射時(shí)，會(huì )發(fā)生介電損耗和色散損耗，串擾成為一個(gè)問(wèn)題，并且噪聲容限減小，高速性能變?yōu)轭?lèi)似于在膝蓋深處的泥濘中徘徊的東西。

使用LVDS時(shí)，您應專(zhuān)注于路由和基本過(guò)程，包括監視走線(xiàn)阻抗和走線(xiàn)長(cháng)度匹配。良好的布線(xiàn)習慣包括避免在參考平面上產(chǎn)生裂口和空隙。跡線(xiàn)絕不應跨越平面分裂。如果沒(méi)有正確的預防措施，LVDS電路可能會(huì )遭受損耗和抖動(dòng)。同樣，加寬信號線(xiàn)之間的間距，并使走線(xiàn)之間的距離至少為電介質(zhì)高度的三倍。

配套套

優(yōu)秀的棒球隊與投手和接球手的技能相匹配。阻抗匹配與源等于所述跡線(xiàn)的阻抗和負載阻抗的阻抗發(fā)生。此外，阻抗匹配還取決于在差分對之間建立正確走線(xiàn)寬度和間距的特定要求。跡線(xiàn)阻抗取決于跡線(xiàn)的寬度和厚度，跡線(xiàn)材料的介電常數以及跡線(xiàn)和參考平面之間的高度。

每個(gè)差分對的差分阻抗等于每條線(xiàn)的特征阻抗之和。線(xiàn)之間的間距決定了相互耦合的量并影響差分阻抗。保持正確，恒定的差分阻抗要求在整個(gè)走線(xiàn)長(cháng)度上保持走線(xiàn)寬度和間距均勻。

LVDS走線(xiàn)中阻抗匹配的任何擊穿都會(huì )導致信號反射并增加模式噪聲，從而導致輻射EMI。反射的信號在接收器處引起振鈴，從而減小了動(dòng)態(tài)范圍并導致錯誤的觸發(fā)。由于每個(gè)LVDS輸出都作為電流模式輸出，因此如果沒(méi)有用于閉合環(huán)路的終端電阻，電路將無(wú)法工作。終端電阻值與傳輸線(xiàn)的差分阻抗匹配。

使用LVDS時(shí)請特別注意您的路由做法

太多的聲音引起混亂

在棒球比賽的某個(gè)時(shí)刻，緊張的局勢要求經(jīng)理，投手，接球手和其他球員之間進(jìn)行場(chǎng)內會(huì )議。但是，盡管有很多球員聚集在投手附近，但每個(gè)人都專(zhuān)注于主教練的話(huà)。

除非采取一些預防措施，否則LVDS信號和單端TTL / CMOS信號之間可能發(fā)生串擾。在設計路由模式時(shí)，應將差分LVDS信號與單端信號隔離開(kāi)。您可以通過(guò)將駐留在同一層的單端信號放置在距離LVDS信號至少12毫米的位置來(lái)完成隔離。您還可以使用電源和接地層隔離LVDS信號。

干擾電話(huà)

棒球運動(dòng)員有時(shí)會(huì )偏離基本路徑并干擾擲球路徑。就PCB設計而言，降低EMI總是會(huì )導致堆疊以及電源和接地參考平面的位置。您應將每個(gè)信號層放置在接地通道和電源層之間。減小電荷從源極到地面的覆蓋距離可減小電感。以八層堆疊為例，將信號層置于電源和接地層之間的中心位置可減少產(chǎn)生噪聲的機會(huì )。

分段方法

通孔，連接器或串行耦合電容器可以分段差分對連接。正確的布線(xiàn)可確保正信號和負信號同步傳播，并涉及使用補償的彎頭分別匹配連接的每個(gè)部分。

走線(xiàn)的長(cháng)度可能會(huì )導致LVDS信號的損耗和抖動(dòng)問(wèn)題。為了減少這些問(wèn)題并保持長(cháng)度匹配，請在與PCB層的XY軸成一個(gè)角度的情況下布線(xiàn)較長(cháng)的走線(xiàn)。路由高速信號時(shí)，請盡量減少走線(xiàn)彎曲以防止模式噪聲。如果布局需要彎曲，制造商通常建議使用135o或更大的彎曲度，以消除抖動(dòng)和損耗。使用相同數量的左右彎曲來(lái)保持長(cháng)度匹配。

在相同距離上，寬走線(xiàn)的阻抗要比細走線(xiàn)的阻抗低。跡線(xiàn)彎曲的各個(gè)部分的長(cháng)度至少應為跡線(xiàn)寬度的1.5倍。高速信號的傳輸所需的最小距離是相鄰銅線(xiàn)之間的走線(xiàn)寬度的四倍。

正確路線(xiàn)

外野手練習沿正確的路線(xiàn)接球，擊中重擊的飛球。跑錯路線(xiàn)會(huì )花費寶貴的時(shí)間，并使跑步者得分。

LVDS接口對差分走線(xiàn)和信號對之間的到達時(shí)間偏斜有特殊要求。以高速并行總線(xiàn)為例，所有數據信號必須在確定的時(shí)間段內到達，以滿(mǎn)足接收器的建立和保持時(shí)間要求。設計PCB時(shí)，不能超過(guò)允許的偏斜，并且應使差分線(xiàn)保持平行。

由于差分對信號在正負信號跡線(xiàn)之間需要嚴格的延遲偏斜，因此電氣和機械長(cháng)度的任何差異都可能導致誤差。為了保持特定的走線(xiàn)長(cháng)度，請使用蛇形彎曲，并保持相鄰銅線(xiàn)之間走線(xiàn)寬度的最小距離為四倍。每個(gè)蛇形點(diǎn)動(dòng)的長(cháng)度至少應為走線(xiàn)寬度的三倍。將蛇形彎頭放置在長(cháng)度不匹配的起點(diǎn)，以確保同步信號傳播。

由于不同層的信號速度不會(huì )保持相等，因此兩個(gè)信號都必須在同一層上路由。您應該在同一層上路由LVDS通道的所有數據和時(shí)鐘信號。通過(guò)這種方法，LVDS信號對和時(shí)鐘對變得緊密匹配。

使用正確的返回路徑

您能想象一個(gè)棒球運動(dòng)員繞鉆石跑錯方向嗎？LVDS電路中錯誤的信號返回路徑會(huì )導致噪聲耦合和EMI。路由信號時(shí)，請始終考慮信號電流返回路徑。由于差分信號包括正負信號走線(xiàn)，因此在路由信號時(shí)需要包括返回路徑。如果信號走線(xiàn)使用電源平面作為參考，則需要提供允許信號在電源平面上傳播回的路由。

如果需要在兩個(gè)不同的參考平面上路由信號，請在兩個(gè)平面之間使用一個(gè)拼接電容器。將電容器放置在信號路徑附近，以保持前向路徑和返回路徑之間的較短距離。電容器允許返回電流從一個(gè)平面流到另一個(gè)平面。