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確定差分信號線寬間距,選擇緊耦合還是松耦合?

發(fā)布時間:2015-02-06 來源:王萍 一博科技 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】在設(shè)計(jì)初期,確定差分信號線寬間距時,我們會面對這么個選擇:相同的阻抗管控,對應(yīng)著不同的線寬間距,4mil/4mil,5mil/8mil...其中間距大的我們叫松耦合,間距小的就叫緊耦合。遇到這種情況我們該如何選擇呢?如果我是設(shè)計(jì)工程師我就選緊耦合,因?yàn)檎加玫目臻g小啊,布線容易啊。本文就要分析一下松緊耦合的優(yōu)缺點(diǎn)了,因?yàn)榉彩掠欣陀斜籽健?/strong>
 
首先從反射的角度來分析,反射最主要的切入點(diǎn)就是阻抗。耦合的松緊會影響傳輸線的各種阻抗參數(shù),下表顯示了介質(zhì)厚度為3.8mil,介電系數(shù)為4.5,銅厚1.2mil時,差分阻抗保持在100歐姆,不同線間距對傳輸線阻抗的影響。其中Zquiet為當(dāng)其中一條線保持靜態(tài),另一條線上單端信號感受到的阻抗,Zse為附近沒有其他傳輸線時的單端阻抗。
【導(dǎo)讀】在設(shè)計(jì)初期,確定差分信號線寬間距時,我們會面對這么個選擇:相同的阻抗管控,對應(yīng)著不同的線寬間距,4mil/4mil,5mil/8mil...其中間距大的我們叫松耦合,間距小的就叫緊耦合。遇到這種情況我們該如何選擇呢?如果我是設(shè)計(jì)工程師我就選緊耦合,因?yàn)檎加玫目臻g小啊,布線容易啊。本文就要分析一下松緊耦合的優(yōu)缺點(diǎn)了,因?yàn)榉彩掠欣陀斜籽健? 首先從反射的角度來分析,反射最主要的切入點(diǎn)就是阻抗。耦合的松緊會影響傳輸線的各種阻抗參數(shù),下表顯示了介質(zhì)厚度為3.8mil,介電系數(shù)為4.5,銅厚1.2mil時,差分阻抗保持在100歐姆,不同線間距對傳輸線阻抗的影響。其中Zquiet為當(dāng)其中一條線保持靜態(tài),另一條線上單端信號感受到的阻抗,Zse為附近沒有其他傳輸線時的單端阻抗。 1 從表中可以看到雖然差分阻抗都相同,但共模阻抗相差較大,耦合越緊共模阻抗越大,我們知道理想的共模端接是25歐姆,所以緊耦合的共模反射肯定要比松耦合大。還有信號出pin時,是從無耦合區(qū)域進(jìn)入耦合區(qū)域,先感受到單根阻抗,再耦合阻抗,在這種情況下,緊耦合兩部分阻抗差也比松耦合大,反射也會越嚴(yán)重。下面我們就仿真驗(yàn)證一下,我們用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,無耦合區(qū)域長度為30mil,耦合區(qū)域?yàn)?000mil。 2 差分回波損耗對比(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4): 3 共?;夭〒p耗對比(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4): 4 仿真結(jié)果證明了緊耦合的反射確實(shí)比松耦合嚴(yán)重哦。  再從串?dāng)_來分析一下。都說緊耦合抗干擾能力強(qiáng),事實(shí)是否如此呢?同樣用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,攻擊線是單根信號,距離差分對10mil,阻抗50ohm,加了上升沿是100ps的1v階躍信號。 5 差分噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4): 6 嘢,仿真結(jié)果顯示緊耦合的差分噪聲確實(shí)要小些哦,那共模噪聲呢?  共模噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4): 7 結(jié)果相反哦,松耦合抗共模噪聲的能力更強(qiáng)些。為什么呢?耦合越緊,干擾源對兩根信號的串?dāng)_就越接近,我們知道差分信號是兩信號相減,串?dāng)_越接近的話抵消的就越多,得到的差分串?dāng)_就越小。但共模信號是兩根信號串?dāng)_電壓的平均值,是相加,所以緊耦合比之松耦合會加劇共模串?dāng)_。  另外松耦合的線寬較緊耦合寬,導(dǎo)體損耗相對小,在長距離的高速信號傳輸時一般都會建議采用5mil以上的線寬。  綜合空間,反射,串?dāng)_和損耗等因素,對于走線很長的高速差分互連最好使用相對松耦合。
 
從表中可以看到雖然差分阻抗都相同,但共模阻抗相差較大,耦合越緊共模阻抗越大,我們知道理想的共模端接是25歐姆,所以緊耦合的共模反射肯定要比松耦合大。還有信號出pin時,是從無耦合區(qū)域進(jìn)入耦合區(qū)域,先感受到單根阻抗,再耦合阻抗,在這種情況下,緊耦合兩部分阻抗差也比松耦合大,反射也會越嚴(yán)重。下面我們就仿真驗(yàn)證一下,我們用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,無耦合區(qū)域長度為30mil,耦合區(qū)域?yàn)?000mil。
仿真驗(yàn)證
差分回波損耗對比(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
差分回波損耗對比
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共?;夭〒p耗對比(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
共?;夭〒p耗對比
仿真結(jié)果證明了緊耦合的反射確實(shí)比松耦合嚴(yán)重哦。
 
再從串?dāng)_來分析一下。都說緊耦合抗干擾能力強(qiáng),事實(shí)是否如此呢?同樣用case1,case2,case4的線寬間距來搭建鏈路,攻擊線是單根信號,距離差分對10mil,阻抗50ohm,加了上升沿是100ps的1v階躍信號。
串?dāng)_來分析
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差分噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
串?dāng)_來分析
嘢,仿真結(jié)果顯示緊耦合的差分噪聲確實(shí)要小些哦,那共模噪聲呢?
 
共模噪聲(紅:case1;藍(lán)色:case2;玫紅:case4):
共模噪聲
結(jié)果相反哦,松耦合抗共模噪聲的能力更強(qiáng)些。為什么呢?耦合越緊,干擾源對兩根信號的串?dāng)_就越接近,我們知道差分信號是兩信號相減,串?dāng)_越接近的話抵消的就越多,得到的差分串?dāng)_就越小。但共模信號是兩根信號串?dāng)_電壓的平均值,是相加,所以緊耦合比之松耦合會加劇共模串?dāng)_。
 
另外松耦合的線寬較緊耦合寬,導(dǎo)體損耗相對小,在長距離的高速信號傳輸時一般都會建議采用5mil以上的線寬。
 
綜合空間,反射,串?dāng)_和損耗等因素,對于走線很長的高速差分互連最好使用相對松耦合。
 
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