Сохранение целостности сигналов в печатных платах. Практические рекомендации
скорость распространения электромагнитной волны, разную задержку распространения, разные потери на излучение, омические потери и потери в скин-слое проводника. Расчет волновых сопротивлений, временных задержек распространения сигнала и других параметров линии передачи – трудоемкая и затратная по времени задача. Поэтому рекомендуется для оценки характеристик применять специальные программы, например:
https://www.awr.com/software/options/tx-line
Достоинства дифференциальных линий передачи
Линии передачи могут быть одиночными или синфазными, где электромагнитная волна распространяется между сигнальным и опорным проводником. Линии передачи могут быть дифференциальными, где сигналы в двух сигнальных проводах имеют одинаковую форму и разную полярность, и каждый из двух проводов является «опорным» для другого. Энергия электрического поля электромагнитной волны в дифференциальных линиях сосредоточена между ее проводниками. Вокруг них формируются силовые линии магнитного поля с разным направлением вращения, что приводит к взаимной компенсации векторов напряженности магнитного поля и значительному снижению уровня собственных излучений, поскольку при компенсации магнитных составляющих будут ослаблены и порождаемые ими электрические составляющие электромагнитного поля.
Дифференциальный приемник срабатывает на разницу напряжений в прямом и обратном проводе и имеет значительный коэффициент ослабления синфазных составляющих (КОСС) помех, которые в каждом отдельном проводнике дифференциальной пары близки по амплитуде и имеют одинаковую полярность (значение при вычитании помех в приемнике близко к нулю).
Дополнительно можно отметить, чтов интерфейсах с дифференциальными стандартами сигналов уровни напряжений часто оказываются ниже, чем уровни напряжений в интерфейсах с синфазными сигналами. Например, в интерфейсе UART с сигналами КМОП уровень логической единицы может достигать напряжения питания +3,3В, в то время как в интерфейсах с сигналами LVDS размах напряжения в дифференциальной линии составляет всего 0,4В, что почти на порядок ниже уровня сигнала КМОП. Энергия излучения, в свою очередь, пропорциональна квадрату напряжения.
Благодаря низкой излучающей способности и высокой помехоустойчивости дифференциальных линий передачи, даже при более бликом их расположении по отношению друг к другу, по сравнению с одиночными линиями передачи, уровень перекрестных наводок будет значительно снижен. Подробный анализ представлен в главе «Пример оценки влияния перекрестных наводок».
Ниже перечислены достоинства дифференциальной линии передачи по сравнению с одиночной линией.
1. Низкий уровень собственных излучений, благодаря взаимной компенсации равных по значению и обратных по направлению векторов магнитной индукции.
2. Высокая устойчивость к воздействию внешних помех, шумов в цепях электропитания, дребезгу земли.
3.