Chương 11: Đường vi sai và trở khángvi sa
11.2. Các luật thiết kế 1 Luật thiết kế
11.2.1 Luật thiết kế 1
Dưới đây cung cấp cho chúng ta hướng dẫn thiết kế đầu tiên khi làm việc với các tín hiệu vi sai. Các đường mạch nên có cùng chiều dài
Có một số người không đồng tình với luật này. Nói chung, các cơ sở của các lập luận của họ liên quan tới định thời tín hiệu. Họ chỉ ra một cách chi tiết rằng nhiều mạch vi sai có thể chấp nhận sự sai khác đáng kể trong định thời giữa hai nửa của cặp tín hiệu vi sai và vẫn chuyển mạch đáng tin cậy. Phụ thuộc vào chủng loại logic được dùng, chiều dài các đưòng mạch khác nhau 500mil có thể chấp nhận được. Những người này có thể mô tả quan điểm của họ một cách thuyết phục với biểu đồ định thời tín hiệu. Nhưng họ đã quên mất một điểm. Lý do mà các đường mạch vi sai phải có chiều dài bằng nhau cũng chính là vì vấn đề định thời tín hiệu. Có nhiều thứ để làm với giả sử rằng các tín hiệu vi sai bằng và trái dấu và điều gì xẩy ra khi giả sử bị xâm phạm. Cái xẩy ra là: các dòng điện đất không được khiểm soát bắt đầu chaỵ và có thể nảy sinh vấn đề common mode EMI một cách nghiêm trọng. Bởi vậy, nếu bạn phụ thuộc vào giả định rằng các tín hiệu vi sai của mình là bằng và trái dấu nhau, và bởi vậy mà không có tín hiệu chạy qua đất, một hệ quả quan trọng của giả định này là chiều dài của cặp tín hiệu vi sai phải bằng nhau.
Sự liên quan tới Common mode
Quay trở lại với vấn đề common mode ở trước và hình 8-11. Hình 11-2 là tín hiệu vi sai tương đương với trường hợp đơn cực trong hình 8-11. Các dòng điện id và ic biểu diễn các tín hiệu ở chế độ vi sai và common. Trên thực tế, chúng còn đựơc gọi với cái tên là chế độ lẻ (odd mode) và chế độ chẵn (even mode).
Hình 11-2: Dòng điện chế độ common chạy trên đường dây vi sai
Nếu các tín hiệu không chính xác bằng và ngược dấu trong các đường dây vi sai, chúng ta có thể tách chúng thành các thành phần vi sai và common (add hoặc even) tương ứng như trên. Giả sử ngược lại rằng tín hiệu thêm vào là 10,000µA(10mA)
và tín hiệu phản hồi là 9,950µA. Điều này tương đương với thành phần vi sai (odd)
là 9,975µAvà thành phần common (even) là 25µA. Chúng ta dễ thấy rằng nếu như
tín hiệu và dòng phản hồi không bằng nhau thì phải có một thành phần dòng điện
common cái chạy trở lại hệ thống nguồn theo con đường nào đó. Thành phần dòng điện này là không khiểm soát được, và mặc dù chúng có thể là nhỏ, nhưng chúng có thể tạo ra hệ số EMI đáng kể.
Các tín hiệu vi sai và vùng lặp
Nếu các mạch vi sai của chúng ta làm việc với các tín hiệu có thời gian tăng chậm, các luật thiết kế tốc độ cao không cần quan tâm. Giả sử chúng ta làm việc với các tín hiệu mà thời gian tăng nhanh, thì vấn đề gì cần thêm khi các đường mạch vi sai được dùng.
Giả sử một thiết kế mà cặp tín hiêu vi sai được đi qua một mặt từ điểm phát tới điểm thu. Cùng giả sử rằng chiều dài đường mạch là hoàn toàn bằng nhau và các tín hiệu bằng nhau và ngược chiều nhau. Bởi vậy, không có dòng điện phản hồi nào chạy dưới đất. Nhưng có một dòng điện cảm trên tấm phẳng.
Bất cứ tín hiệu tốc đọ cao đều có thể (và sẽ) gây ra một tín hiệu ảnh hưởng lên một đường mạch (hoặc tấm phẳng) nằm gần. Đặc điểm này giống như nhiễu xuyên âm. Đó là bởi vì trường điện từ ảnh hưởng, các hiêu ứng được tổ hợp theo kiểu ảnh hưởng điện cảm và ảnh hưởng tụ điện. Bởi vậy, đúng như dòng điện phản hồi cho một đường mạch tín hiệu đơn cực sẽ chạy ở tấm phẳng ở ngay dưới đường mạch, một đường mạch vi sai cũng sẽ có một dòng điện cảm trên tấm phẳng nằm dưới nó. Tất cả các dòng phản hồi đều bị triệt tiêu. Bởi vậy đây chỉ là một dòng điện nhiễu bị ảnh hưởng trên tấm phẳng. Câu hỏi đặt ra là: nếu như dòng điện phải chạy trong một vòng lặp thì phần còn lại của dòng điện chạy ở đâu? Nhớ rằng, chúng ta có hai đường mạch, với các tín hiệu bằng và ngược chiều nhau. Một đường mạch gây nên một tín hiệu lên tấm phẳng theo một hướng, còn đường mạch còn lại thì gây nên một tín hiệu theo chiều ngược lại. Do đó sẽ có hai dòng điện ảnh hưởng trên tấm
phẳng là bằng nhau về biên độ (giả sử các thiết kế là tốt). Bởi vậy các dòng điện chỉ chạy trong một vùng lặp ngay dưới đường mạch vi sai (hình 14-8). Chúng như là những dòng điện xoáy. Các dòng điện ảnh hưởng này được định nghĩa bởi chính bản thân các đường mạch vi sai và sự phân biệt giữa các đường mạch tại mỗi đầu cuối. Vùng “lặp” được định nghĩa bởi bốn đường biên.
Hình 11-3: Các đường vi sai sẽ ảnh hưởng lên mặt nguồn, dù không có dòng phản hồi ở đây.