消除串擾：LVDS路由和差分信號處理技術

2021-04-17

消除串擾：LVDS路由和差分信號處理技術

電子產品擁有自己的無聲語言版本，幾乎可以在電路中即時交換各種信號。單端信令的特點是發送器生成一個電壓，接收器將其與固定參考電壓進行比較。

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

低壓差分信號或LVDS路由已成為最差分的信號應用，并提供二進制數據的高速傳輸?；?span>LVDS的應用消耗的功率更少，產生的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，信號轉換時間短至260皮秒。

錯過的信號毀了這一天

一個錯過的標志可以改變棒球比賽的方向。同樣，導致信號質量或電磁兼容性（EMC）問題的布局問題也會損害電路性能。在高時鐘頻率和邊沿速率的情況下，PCB互連充當傳輸線，并且在沒有適當預防措施的情況下，可能會使任何可能出錯的地方出錯。當不匹配的阻抗產生反射時，會發生介電損耗和色散損耗，串擾成為一個問題，并且噪聲容限減小，高速性能變為類似于在膝蓋深處的泥濘中徘徊的東西。

使用LVDS時，您應專注于路由和基本過程，包括監視走線阻抗和走線長度匹配。良好的布線習慣包括避免在參考平面上產生裂口和空隙。跡線絕不應跨越平面分裂。如果沒有正確的預防措施，LVDS電路可能會遭受損耗和抖動。同樣，加寬信號線之間的間距，并使走線之間的距離至少為電介質高度的三倍。

配套套

優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的阻抗和負載阻抗的阻抗發生。此外，阻抗匹配還取決于在差分對之間建立正確走線寬度和間距的特定要求。跡線阻抗取決于跡線的寬度和厚度，跡線材料的介電常數以及跡線和參考平面之間的高度。

每個差分對的差分阻抗等于每條線的特征阻抗之和。線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走線長度上保持走線寬度和間距均勻。

LVDS走線中阻抗匹配的任何擊穿都會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，從而減小了動態范圍并導致錯誤的觸發。由于每個LVDS輸出都作為電流模式輸出，因此如果沒有用于閉合環路的終端電阻，電路將無法工作。終端電阻值與傳輸線的差分阻抗匹配。

使用LVDS時請特別注意您的路由做法

太多的聲音引起混亂

在棒球比賽的某個時刻，緊張的局勢要求經理，投手，接球手和其他球員之間進行場內會議。但是，盡管有很多球員聚集在投手附近，但每個人都專注于主教練的話。

除非采取一些預防措施，否則LVDS信號和單端TTL / CMOS信號之間可能發生串擾。在設計路由模式時，應將差分LVDS信號與單端信號隔離開。您可以通過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

棒球運動員有時會偏離基本路徑并干擾擲球路徑。就PCB設計而言，降低EMI總是會導致堆疊以及電源和接地參考平面的位置。您應將每個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生噪聲的機會。

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部分。

走線的長度可能會導致LVDS信號的損耗和抖動問題。為了減少這些問題并保持長度匹配，請在與PCB層的XY軸成一個角度的情況下布線較長的走線。路由高速信號時，請盡量減少走線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，以消除抖動和損耗。使用相同數量的左右彎曲來保持長度匹配。

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

正確路線

外野手練習沿正確的路線接球，擊中重擊的飛球。跑錯路線會花費寶貴的時間，并使跑步者得分。

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

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

由于不同層的信號速度不會保持相等，因此兩個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鐘信號。通過這種方法，LVDS信號對和時鐘對變得緊密匹配。

使用正確的返回路徑

您能想象一個棒球運動員繞鉆石跑錯方向嗎？LVDS電路中錯誤的信號返回路徑會導致噪聲耦合和EMI。路由信號時，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，因此在路由信號時需要包括返回路徑。如果信號走線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。

如果需要在兩個不同的參考平面上路由信號，請在兩個平面之間使用一個拼接電容器。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平面流到另一個平面。