【導(dǎo)讀】在高速 PCB 設(shè)計中,差分信號的應(yīng)用越來越廣泛,這主要是因為和普通的單端信號走線相比,差分信號具有抗干擾能力強、能有效抑制 EMI、時序定位精確的優(yōu)勢。作為一名(準)PCB 設(shè)計工程師,我們當然需要充分理解差分信號!
在高速 PCB 設(shè)計中,差分信號的應(yīng)用越來越廣泛,這主要是因為和普通的單端信號走線相比,差分信號具有抗干擾能力強、能有效抑制 EMI、時序定位精確的優(yōu)勢。作為一名(準)PCB 設(shè)計工程師,我們當然需要充分理解差分信號!

關(guān)于差分信號
嚴格意義上來說,所有的電壓信號都是“差分”的,因為一個電壓總是相對另一個電壓而言。但大部分情況下,我們會把“地”做為電壓基準點,從而測得另一個電壓值,這種信號被稱為單端信號。由于是和“地”做比較,單端信號在 PCB 上的表現(xiàn)通常只有一根導(dǎo)線(Track)。
那什么是差分信號呢?區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法,差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號,這兩個信號的振幅相等,相位相差 180 度,極性相反。在這兩根線上傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴?/div>

差分信號在 PCB 上的表現(xiàn)會有兩根導(dǎo)線(Track)。

差分信號的優(yōu)缺點
優(yōu)點
1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上,而其差值為 0,即:噪聲對信號的邏輯意義不產(chǎn)生影響。
2、能有效抑制電磁干擾(EMI)。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等,這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等,同時他們的信號極性相反,其電磁場將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。
3、時序定位準確。差分信號的接受端是兩根線上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點,作為判斷邏輯 0/1 跳變的點的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯 0/1 的跳變點,受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大,不適合低幅度的信號。
缺點
若電路板的面積非常緊張,單端信號可以只有一根信號線,地線走地平面,而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小,以至于只能穿過一根走線的情況下。

差分信號布線要求
在 PCB 電路板上,差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。
1. 等長:等長是指兩條線的長度要盡量一樣長,是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性。減少共模分量。
2. 等寬、等距:等寬是指兩條信號的走線寬度需要保持一致,等距是指兩條線之間的間距要保持不變,保持平行。
3. 差分線彼此靠近,靠越近,回路面積越小,走線下面感應(yīng)電流的回路面積也越小,對 EMI 控制也好。
4. 差分走線要求在同一板層上,因為不同層之間的阻抗、過孔等差別會降低差模傳輸?shù)男Ч牍材T肼暋?/div>
提醒:在 PCB 布線規(guī)則中,有一條“關(guān)鍵信號線優(yōu)先”的原則,即電源、摸擬信號、高速信號、時鐘信號、差分信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線。
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