以太网高速设计差分阻抗的影响如何

2022年6月22日

关键的外卖

对比微分信号单端痕迹。
额外的考虑与微分对布局和路由。
设计问题,不需要微分对。

高速以太网设计要求要特别注意分层盘旋飞行和阻抗

在过去,如果你使用一个电话插在墙上的你能听到别人的谈话流血到你的电话。今天,高速PCB设计使用微分对解决这些类型的信号的完整性问题。不是所有的组件将使用微分信号,但是微分对主要的路由方式使用高速数字信令协议,包括标准计算像以太网接口USB和网络接口。

单端和差分信号之间的差异是简单的物理布局,但它们可以复杂的信号电平和司机/接收器组件功能。如果你是第一次进入使用微分信号,本指南将进一步指示在这个方法的复杂性。掌握微分双路由将提供所需的基础知识设计以太网差分阻抗促进信号的完整性。

什么是单端和差分信号?

单端和差分信号是两个方法设计PCB的痕迹。今天,数字接口标准化使用这些方法的信号之一:低速协议时使用单端信号高速协议使用微分信号,尽管一些低速协议仍在使用微分信号。这两种信号和路由可以用于各种拓扑。

单端信号是相当简单的。高水平是长大的逻辑电平(5 V, 3.3 V,等等)和低水平定义为零。在差分对,每个跟踪两人有相同的大小,但相反的极性。接收机,信号恢复通过每条线路上的信号水平之间的差异。

差分信号复苏接收器组件

成功的读出和信号恢复需要的长度对一些小公差内阻抗匹配。这里的优势在于,共模噪声将被取消时读取信号,如上述概念图所示。以太网差分阻抗匹配,就像其他微分长度匹配,防止反射的行破坏功率输出,导致可怜的信号完整性。

单端和差分对考虑布局和路由

	微分对	单端
阻抗	——微分阻抗特性和指定。	——只指定的特性阻抗。
长度匹配	——在一对之间要求每个跟踪。 ——需要在多个双平行的公交车。	——只需要并行总线或匹配源同步时钟。
信号读出
接收方终止	平行双(高Z)之间的终止。	分流终止在地上飞机(高Z)。
例如信号标准	USB、以太网、rs - 232、rs - 485、HDMI	I2C、SPI GPIOs

微分信号读出和复苏过程对占两双的相等和相反极性信号。这个简单的想法和并行路由微分对解决一些重要的信号完整性问题高速PCB设计。

阻抗匹配(也称为长度匹配)是一个差分信号的核心设计方面的设计。概述,接收机的信号恢复的目的是成为两倍大小的个人痕迹。然而,交变信号不是静态的;相反,他们在一段波峰和波谷之间波动。信号到达接收机时,必须完全不同相的功率输出最大化。因为到达时间是依赖于跟踪旅行的长度,必须相同长度的信号在接收机实现这一不同相的条件。尽管有一些公差设计多少信号长度可以不同,大多数应用程序将导致一个需要添加丢失的长度在短信号从里面。当添加丢失的长度,应该小心延长在位置跟踪发生分歧,这个想法是,痕迹越距离的共同点,他们就越有可能将经历同样的地方影响阻抗平面上的特定区域。

布局的微分信号非常除此之外并无不同关键单端痕迹。原因,组件内放置应弯曲情况下电路的微分对可能引起电磁干扰问题。避免将功率电路像开关监管者微分对太近,因为感应的影响将明显。同样,路由在分裂的飞机应该不惜一切代价避免由于极端的EMI问题引起的迂回的路径返回。

以太网差分阻抗应用程序提供路由解决方案

当通过高速信号的标准,差动双路由主要是使用。微分对有用的两个主要原因:

共模噪声,一双微分是读出信号电平差接收器的两双。换句话说,任何来自接收者的共模噪声将会被消耗掉,不会干扰接收信号。这包括模相声可能收到一个单端信号。
不一致的参考,微分对不需要统一的地平面提供差分阻抗控制。相反,对互相参考。有趣的是,通过计算Z-parameters一双微分显然,固有阻抗和耦合阻抗都发散到正无穷,但这是一个常数之间的区别。

下图显示了一个司机和接收机用于低压差分信号(LVDS)阶段。在这里,没有对周围的地平面。因为信号大小相等和相反极性,电场终止两边微分的一对。这个图是不错的,因为它说明了情况出现在一个标准的以太网/ UTP电缆(如Cat5),可能没有任何接地在互连的很大一部分。