消除串扰：LVDS路由和差分(fēn)信号处理(lǐ)技术

2021-04-17

消除串扰：LVDS路由和差分(fēn)信号处理(lǐ)技术

電(diàn)子产品拥有(yǒu)自己的无声语言版本，几乎可(kě)以在電(diàn)路中即时交换各种信号。单端信令的特点是发送器生成一个電(diàn)压，接收器将其与固定参考電(diàn)压进行比较。

差分(fēn)信令使用(yòng)彼此靠近放置的两个互补信号来传输信息。在操作过程中，差分(fēn)信号激励耦合的传输線(xiàn)并形成差分(fēn)对。发射器发送与差分(fēn)信号对相同的電(diàn)信号，每个信号都有(yǒu)一个导體(tǐ)。接收器响应两个信号之间的電(diàn)气差异。差分(fēn)信号的导體(tǐ)范围从双绞線(xiàn)和带状電(diàn)缆到连接器和PCB走線(xiàn)。

低压差分(fēn)信号或LVDS路由已成為(wèi)最差分(fēn)的信号应用(yòng)，并提供二进制数据的高速传输。基于LVDS的应用(yòng)消耗的功率更少，产生的EMI最小(xiǎo)，并且具有(yǒu)更高的抗噪能(néng)力。LVDS的数据速率高达3.125 Gbps，信号转换时间短至260皮秒(miǎo)。

错过的信号毁了这一天

一个错过的标志(zhì)可(kě)以改变棒球比赛的方向。同样，导致信号质量或電(diàn)磁兼容性（EMC）问题的布局问题也会损害電(diàn)路性能(néng)。在高时钟频率和边沿速率的情况下，PCB互连充当传输線(xiàn)，并且在没有(yǒu)适当预防措施的情况下，可(kě)能(néng)会使任何可(kě)能(néng)出错的地方出错。当不匹配的阻抗产生反射时，会发生介電(diàn)损耗和色散损耗，串扰成為(wèi)一个问题，并且噪声容限减小(xiǎo)，高速性能(néng)变為(wèi)类似于在膝盖深处的泥泞中徘徊的东西。

使用(yòng)LVDS时，您应专注于路由和基本过程，包括监视走線(xiàn)阻抗和走線(xiàn)長(cháng)度匹配。良好的布線(xiàn)习惯包括避免在参考平面上产生裂口和空隙。迹線(xiàn)绝不应跨越平面分(fēn)裂。如果没有(yǒu)正确的预防措施，LVDS電(diàn)路可(kě)能(néng)会遭受损耗和抖动。同样，加宽信号線(xiàn)之间的间距，并使走線(xiàn)之间的距离至少為(wèi)電(diàn)介质高度的三倍。

配套套

优秀的棒球队与投手和接球手的技能(néng)相匹配。阻抗匹配与源等于所述迹線(xiàn)的阻抗和负载阻抗的阻抗发生。此外，阻抗匹配还取决于在差分(fēn)对之间建立正确走線(xiàn)宽度和间距的特定要求。迹線(xiàn)阻抗取决于迹線(xiàn)的宽度和厚度，迹線(xiàn)材料的介電(diàn)常数以及迹線(xiàn)和参考平面之间的高度。

每个差分(fēn)对的差分(fēn)阻抗等于每条線(xiàn)的特征阻抗之和。線(xiàn)之间的间距决定了相互耦合的量并影响差分(fēn)阻抗。保持正确，恒定的差分(fēn)阻抗要求在整个走線(xiàn)長(cháng)度上保持走線(xiàn)宽度和间距均匀。

LVDS走線(xiàn)中阻抗匹配的任何击穿都会导致信号反射并增加模式噪声，从而导致辐射EMI。反射的信号在接收器处引起振铃，从而减小(xiǎo)了动态范围并导致错误的触发。由于每个LVDS输出都作為(wèi)電(diàn)流模式输出，因此如果没有(yǒu)用(yòng)于闭合环路的终端電(diàn)阻，電(diàn)路将无法工作。终端電(diàn)阻值与传输線(xiàn)的差分(fēn)阻抗匹配。

使用(yòng)LVDS时请特别注意您的路由做法

太多(duō)的声音引起混乱

在棒球比赛的某个时刻，紧张的局势要求经理(lǐ)，投手，接球手和其他(tā)球员之间进行场内会议。但是，尽管有(yǒu)很(hěn)多(duō)球员聚集在投手附近，但每个人都专注于主教练的话。

除非采取一些预防措施，否则LVDS信号和单端TTL / CMOS信号之间可(kě)能(néng)发生串扰。在设计路由模式时，应将差分(fēn)LVDS信号与单端信号隔离开。您可(kě)以通过将驻留在同一层的单端信号放置在距离LVDS信号至少12毫米的位置来完成隔离。您还可(kě)以使用(yòng)電(diàn)源和接地层隔离LVDS信号。

干扰電(diàn)话

棒球运动员有(yǒu)时会偏离基本路径并干扰掷球路径。就PCB设计而言，降低EMI总是会导致堆叠以及電(diàn)源和接地参考平面的位置。您应将每个信号层放置在接地通道和電(diàn)源层之间。减小(xiǎo)電(diàn)荷从源极到地面的覆盖距离可(kě)减小(xiǎo)電(diàn)感。以八层堆叠為(wèi)例，将信号层置于電(diàn)源和接地层之间的中心位置可(kě)减少产生噪声的机会。

分(fēn)段方法

通孔，连接器或串行耦合電(diàn)容器可(kě)以分(fēn)段差分(fēn)对连接。正确的布線(xiàn)可(kě)确保正信号和负信号同步传播，并涉及使用(yòng)补偿的弯头分(fēn)别匹配连接的每个部分(fēn)。

走線(xiàn)的長(cháng)度可(kě)能(néng)会导致LVDS信号的损耗和抖动问题。為(wèi)了减少这些问题并保持長(cháng)度匹配，请在与PCB层的XY轴成一个角度的情况下布線(xiàn)较長(cháng)的走線(xiàn)。路由高速信号时，请尽量减少走線(xiàn)弯曲以防止模式噪声。如果布局需要弯曲，制造商(shāng)通常建议使用(yòng)135o或更大的弯曲度，以消除抖动和损耗。使用(yòng)相同数量的左右弯曲来保持長(cháng)度匹配。

在相同距离上，宽走線(xiàn)的阻抗要比细走線(xiàn)的阻抗低。迹線(xiàn)弯曲的各个部分(fēn)的長(cháng)度至少应為(wèi)迹線(xiàn)宽度的1.5倍。高速信号的传输所需的最小(xiǎo)距离是相邻铜線(xiàn)之间的走線(xiàn)宽度的四倍。

正确路線(xiàn)

外野手练习沿正确的路線(xiàn)接球，击中重击的飞球。跑错路線(xiàn)会花(huā)费宝贵的时间，并使跑步者得分(fēn)。

LVDS接口对差分(fēn)走線(xiàn)和信号对之间的到达时间偏斜有(yǒu)特殊要求。以高速并行总線(xiàn)為(wèi)例，所有(yǒu)数据信号必须在确定的时间段内到达，以满足接收器的建立和保持时间要求。设计PCB时，不能(néng)超过允许的偏斜，并且应使差分(fēn)線(xiàn)保持平行。

由于差分(fēn)对信号在正负信号迹線(xiàn)之间需要严格的延迟偏斜，因此電(diàn)气和机械長(cháng)度的任何差异都可(kě)能(néng)导致误差。為(wèi)了保持特定的走線(xiàn)長(cháng)度，请使用(yòng)蛇形弯曲，并保持相邻铜線(xiàn)之间走線(xiàn)宽度的最小(xiǎo)距离為(wèi)四倍。每个蛇形点动的長(cháng)度至少应為(wèi)走線(xiàn)宽度的三倍。将蛇形弯头放置在長(cháng)度不匹配的起点，以确保同步信号传播。

由于不同层的信号速度不会保持相等，因此两个信号都必须在同一层上路由。您应该在同一层上路由LVDS通道的所有(yǒu)数据和时钟信号。通过这种方法，LVDS信号对和时钟对变得紧密匹配。

使用(yòng)正确的返回路径

您能(néng)想象一个棒球运动员绕钻石跑错方向吗？LVDS電(diàn)路中错误的信号返回路径会导致噪声耦合和EMI。路由信号时，请始终考虑信号電(diàn)流返回路径。由于差分(fēn)信号包括正负信号走線(xiàn)，因此在路由信号时需要包括返回路径。如果信号走線(xiàn)使用(yòng)電(diàn)源平面作為(wèi)参考，则需要提供允许信号在電(diàn)源平面上传播回的路由。

如果需要在两个不同的参考平面上路由信号，请在两个平面之间使用(yòng)一个拼接電(diàn)容器。将電(diàn)容器放置在信号路径附近，以保持前向路径和返回路径之间的较短距离。電(diàn)容器允许返回電(diàn)流从一个平面流到另一个平面。