Ở những phần trước trong chuỗi bài viết về thiết kế mạch high speed. Tôi đã cung cấp ngắn gọn thông tin để các bạn có thể tự đánh giá thiết kế của mình được xếp vào mạch high speed chưa? Cũng như một số lý thuyết rất rất cơ bản của high speed pcb. Các bạn có thể dễ dàng tím kiếm những phần khác trên website. Hãy bỏ chút thời gian đọc nó nhé.
Từ phần thứ 4, tôi sẽ đẩy nhanh để tập chung vào việc thực hành hơn về những kiến thức lý thuyết. Từ những thao tác, cách làm mà tôi chia sẻ ở đây các có thể đối chiếu và đọc những lý thuyết liên quan để củng cố thêm, cũng như cho tôi biết nếu tôi có chia sẻ sai, thiếu xót gì không.
Phân loại những loại tính hiệu high speed
Nếu các bạn đã đọc thiết kế mạch high-speed phần 1 thì các bạn hẳn đã biết khái niệm Transmission line. Nó là một khái niệm lớn tuy nhiên với thiết kế PCB các bạn cần quan tâm đến 2 loại chính:
Single-ended signaling
Là tín hiệu phổ biến và cơ bản nhất, tín hiệu truyền đi trên một đường dây dẫn, dựa vào điện áp trên đường dây so với ground để xác định được mức logic tương ứng với logic mức cao (1) và logic mức thấp (0). Ưu điểm là triển khai rẻ, tuy nhiên việc chống nhiễu sẽ kém do:
- Điện áp tham chiếu với ground có thể khác nhau trên đường truyền.
- Điện cảm trên đường dây dẫn ảnh hưởng đến tín hiệu
Những bus tín hiệu phổ biến thường sử dụng như RS-232, PCI, I2C, TTL, VGA, ,….
Differential signaling
Differential signals hay còn gọi là tín hiệu vi sai. thuật ngữ viêt nhanh hay ghi là diff-pair. Là phương pháp truyền thông tin bằng cách sử dụng hai tin hiệu bổ sung, kỹ thuật này gửi cùng một tín hiệu trên một cặp đường truyền. Dữ liệu nhận được là một. Nếu là dây dẫn thường là cặp dây xoắn lại với nhau, nếu tín hiệu trên đường mạch thường đi song song với nhau.
Chênh lệch điện áp giữa cặp dây này sẽ đưa ra mức logic của tín hiệu cần truyền đi.
Ưu điểm của tín hiệu diff-pair trong thiết kế mạch high speed
- Nhiễu điện từ ảnh hưởng đến cả hai dây trong cặp, mà phía nhận tín hiệu chỉ phát hiện sự khác biệt giữa các dây trong cặp nên về cơ bản diff-pair khó bị nhiễu hơn.
- Truyền được xa hơn
- Ít nhiễu hơn
Tín hiệu vi sai dùng nhiều trong cả tương tự và số ví dụ như RS-422, RS-485, USB, Ethernet. Với thiết kế mạch tốc độ cao, việc làm chủ và xử lý đúng kỹ thuật cho tín hiệu differential là điều rất quan trọng.
Hay dùng mà ít người để ý đó là tín hiệu USB, các bạn cần đi USB_P và USB_M song song với nhau là điều đầu tiên cần làm được để đảm bảo tín hiệu USB truyền đi trên mạch điện tốt nhất, ngoài ra cần có những kỹ thuật điều khiển trở kháng. Mình sẽ nói trong phần 5.
Sẽ có rất nhiều lý thuyết xoay quanh 2 loại tín hiệu, tuy nhiên trong khuôn khổ và mục tiêu của chuỗi bài viết hướng dẫn về thiết kế mạch high speed. Tôi chỉ nói ngắn gọn theo ý hiểu. Các bạn nên tham khảo thêm từ các nguồn tài liệu khác.