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差分对耦合的问题

12/15 08:55
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前面说的都是无耦合,也就是理想情况。实际的情况,差分对是有耦合,简单来说,耦合的产生就是相互之间的互容互感产生的。

那么有耦合的情况,说说两个相关问题:

返回路径问题

差分对其中一条线的返回路径可不可以是另外一条线?这里分两种情况:

信号线与平面之间的耦合大于两条信号线相互之间的耦合,返回平面中的返回电流各自分布在两条传输线下面。当差分信号驱动经过这两条传输线,每条传输线下的平面都有各自局部的电流分布,但在返回平面的电流分布不会出现重叠。

信号线与平面之间的耦合小于两条信号线相互之间的耦合,返回路径的电流分布会相互重叠,相当于完全抵消掉,这时候可以把一条传输线看成另外一条传输线的返回路径。这种情况常见的就是连接器引脚,因为相互之间的耦合比较大。

最终,还是需要看产品设计的叠层,来对比差分对线与线之间耦合以及线与平面之间的耦合强弱。见文中开头的图片。

松紧耦合的问题

差分对松紧耦合的争论就是紧耦合好还是松耦合好,这个问题可以从下面几个方面来评估:

①损耗问题

介质材料和厚度保持一致的情况下,线越宽,线间距越大,也就是说松耦合的线宽大于紧耦合。相关的叠层信息如下:

紧耦合的线宽比较细,理论分析损耗会比较大。仿真得出的结果也是线宽越细,损耗越大。

②串扰问题

从理论上来说,差分信号的最大的优势就是抗干扰性。

从仿真的数据来看,差分信号紧耦合的抗干扰能力会比松耦合好一点,在输入信号的幅值为1V ,传输线长度为1000 mil的条件下,近端串扰的差值为1mv,远端串扰的差值为6mv。

③反射问题

产品设计中,在BO或者连接器区域,差分对没办法保持合适的线宽和线间距,那就是线间距没办法管控,造成差分信号变成单端信号。

以上面三个差分对的信息得出单端50ohm的阻抗线宽为5.4mil,上面的线宽为5mil,4.7mil,3.8mil。理论分析,线越细,阻抗越大,反射越大。

仿真的结果,线间距最小的差分对反射最大,线间距最大的差分对反射最小。

总结

紧耦合的损耗比较大,反射的问题也比较严重,只是串扰能力相对好一些。那是不是我们就选择松耦合来进行相关设计?实际的情况是,随着产品的小型高密度化,加上成本的管控,PCB板的大小也被严格控制,布线的空间被严重压缩,更多选择紧耦合来完成产品设计。

还有一个常见的问题,就是线间距和线宽什么关系下,可以称之为紧耦合。这个是没有定量的数据,有的资料是2W,有的给出的是1.5W,最终还是要更好地平衡相关产品设计空间。

BTW,Pola评估阻抗的线宽W1和W2一般是有1mil差值,但这里做这样的处理,是因为想把变量统一,关于这个差值是否对结论产生影响,如果有板厂或者对其熟悉的相关朋友,可以留言补充一下。也可以私信沟通,谢谢。

时间关系和能力问题,文字中会存在一些错误的地方,请大家多多指正。感谢。

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