差動訊號(3):弱耦合與強耦合

By | 21 11 月, 2020

各位在設計高速差動對時,除了阻抗之外,可能還會被問到一個問題,P與N之間的間距要多少?

差動訊號(2):奇模與偶模一文中,我們已經知道差動對兩線間距會影響其特性阻抗,且在影響傳輸線阻抗的幾個要素一文中,我們知道傳輸線阻抗是可以被介質厚度、介質介電常數DK以及線寬所控制。因此如在線寬及介質材料、厚度不變的情況下: 

 

1.間距越小,奇模阻抗越小,則差動阻抗越小 
2.間距越大,偶模阻抗越大,則差動阻抗越大 

Even_Odd mode impedance with spacing_Microstrip Even_Odd mode impedance with spacing_Stripline

所以在阻抗可以被完美控制的前提下,我們來細數強耦合跟弱耦合的優缺點,以方便各位未來設計時的取捨 

 

強耦合: 

優點: 

1.Layout 走線佔用面積比較小,意思是板子可以做的精密、高密度 

2.因為PN兩條線靠得比較近,所以感受到的雜訊近乎相等的情況下,差動對的雜訊抑制能力會比較好 

缺點: 

1.相同介質厚度與材料的前提下,為了控制阻抗,線寬會變得比較小,則傳輸線的高頻損耗會比較高,不了解的人可參考PCB中的損耗,你知道幾個呢?一文。 

2.PCB製程上總會有一些Tolerance,這些未知的變異會使得阻抗有變化,而且在設計上為了滿足PN兩線等長,往往會把較短的線tune長,這也會使阻抗有變化。強耦合差動對的阻抗因為對線距變化較為敏感,因此阻抗會較不容易控制。 

 

弱耦合: 

優點: 

1.可以做到較薄的介質厚度使PCB變薄 

2.對製程變異及tune線較為不敏感,阻抗控制較為容易 

缺點: 

1.需要更多的走線面積,甚至更多走線層 

2.比較差的雜訊抑制能力

Tight_Loose-Coupling_Pros-and-Cons

筆者個人是弱耦合的愛好者,除了在有空間限制的區域內(例如BGA封裝、連接器),其餘走線都是弱耦合為主。 

我相信對每個人而言,高速訊號的定義都會不一樣,在這邊我就列個本身經驗。 

=>Data rate大於10G,走弱耦合  

不過,前提是你需要給傳輸線有良好的走線環境,需要離power via、power plane、其他高速、低速走線盡量遠一點,讓耦合雜訊相對小!