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RT9193讲解PCB设计中高速信号优化的方法

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RT9193
    随着人们对电子产品更高性能的追求,半导体技术不断的发展,信号工作频率不断提高,信号的上升或下降时间也因此不断的缩短,造成了传输线上信号的反射、串扰等信号完整性问题。我们在进行PCB设计时,不得不考虑信号如何才能在印制板的印制线上更好的传输而不发生畸变。本文以LVDS信号为例,说明PCB设计中高速信号的通常优化方法。
 
    LVDS(Low Voltage Differential Signaling,低电压差分信号)是一种低摆幅的差分信号技术,它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输,其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。
 
    LVDS信号不仅是差分信号,而且是高速数字信号。因此,对用来传输LVDS的PCB线对必须采取措施,以防止信号在媒质终端发生反射,同时应减少电磁干扰以保证信号的完整性。在PCB布线时需要注意的一些问题如下。
 
    (1)控制传输线阻抗,各类差分线的阻抗要求是不同的,根据设计要求,通过阻抗计软件算出差分阻抗和对应的线宽间距,并设置到约束管理器。差分线通过互相耦合来减少共模干扰,在条件许可的情况下要尽可能平行布线,两根线中间不能有过孔或其他信号。差分对需要严格控制相位,所以对内需要严格控制等长。
 
    (2)RT9193:不同差分线对之间的间距不能太小,LVDS对走线方式选择没有限制,微带线和带状线均可,但是必须注意要有良好的参考平面。不同差分线对之间的间距不能太小,至少应大于3~5位的差分线间距。必要时可在不同差分线以对之间加地孔隔离以防止相互间的串扰。
 
    (3)未使用的引脚处理,所有未使用的LVDS接收器输入引脚悬空,所有未使用的LVDS和TTL输出引脚悬空,所有未使用的TTL发送/驱动器输入和控制/使能引脚接电源或地。
 
    (4)LVDS差分信号不可以跨平面分割,尽管两根差分信号互为回流路径,跨平面分割不会割断信号的回流,但是跨平面分割分的传输线会因为缺少参考平面而导致阻抗不连续。
 
    (5)采用多层板结构形式,由于LVDS信号属于高速信号,故与其相邻的层应为地层,且应对LVDS信号进行屏蔽以防止干扰。对于密度不是很大的板子,在物理空间条件允许的情况下,最好将LVDS信号与其他信号分别入在不同的层。
 
    (6)RT9193:接收端的匹配电阻要尽量靠近接收引脚,距离要尽量短,接线距离也要尽可能的短。
 
    (7)走线尽可能地短而直,信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去。所以对诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。避免出现太多的拐弯,高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,拐弯处尽量用45ᵒ或弧线,避免90°拐弯;
 
    这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频中,满足这一要却可以减少高频信号对外的发身和相互间的耦合。应尽量减少布线中的过孔数和其他会引起线路不连续性的因素。
 
    (8)RT9193:控制匹配电阻的精度,使用终端匹配电阻可实现对差分传输线的匹配,其阻值一般在90~130Ω之间。电路也需要用此终端匹配电阻来产生正常工作的差分电压。对于点对点的拓扑,走线的阻抗通常控制在100Ω,但匹配电阻可以根据实际的情况进行调整。
 
    (9)遵守紧耦合的原则,当两条差分信号线距离很近时,电流传输方向相反,其磁场相互抵消,电场相互耦合,电磁辐射也要小得多。为减少损耗,高速差分线换层时可以在换层孔的附近添加地过孔。
 
    (10)LVDS信号远离其他信号,对LVDS信号和其他信号,如TTL信呈,最好使用不同的走线层。如果因为设计限制必须使用同一层走线时,LVDS走线和TTL走线的距离应该足够远,至少应大于3~5位的差分线间距。