PCB設計是否需要差分對參考平面

差分對參考平面是強制性的還是被排除在PCB之外？讓我們清除一些關于這個經(jīng)常爭論的話題的疑問。

什么是差分對參考平面

差分對參考平面是指接地銅多邊形，它位于差分對信號的相鄰層中。從理論上講，參考平面用作信號的接地返回路徑，以最大程度地減少電磁干擾（EMI）。

參考平面與差分對走線所連接的收發(fā)器芯片共享相同的接地連接。它通常用于涉及差分信號的設計中，例如USB，SATA，HDMI和PCIe。

對于差分信號的參考平面的需求一直存在疑問。為了理解這個問題，讓我們回到差分信號的定義。差分信號通過在信號極性相反的兩條銅走線上傳輸數(shù)據(jù)來發(fā)揮作用。

例如，邏輯“ 1”由正跡線上的+ 3.3V和負跡線上的-3.3V表示。這種信令的優(yōu)點是數(shù)據(jù)完整性不受共模噪聲的影響。接收器僅需要比較兩個信號之間的差異即可確定數(shù)據(jù)包的值。

從理論上講，信號對的兩條信號線都相互抵消，因此不會產(chǎn)生返回電流。這是否意味著因為沒有電流流過地面，所以不需要參考平面？

在理想情況下，您不需要參考平面。但是，您會意識到世界不是理想的，電子設計也不是理想的。

除非PCB上的兩條走線完全相同且長度相似，否則信號的幅值將略有不同。這將導致少量電流流過地面。無論您是否有參考平面，電流都會流過一個完整的環(huán)路并流經(jīng)阻抗最小的路徑。如果沒有專門用于差分信號的參考平面，則返回電流會增加EMI的風險。

您可能會因為沒有用于低速差分信號（例如RS485）的接地層而逃脫。但是，當您處理USB和PCIe等高速差分信號時，必須使用參考平面，但這是完全不同的原因。

當信號傳輸速率很高時，電噪聲將耦合到相鄰的跡線或平面中。放置在差分對下方的接地層很方便，可以減輕高速傳輸引起的EMI影響。接地層應限于差分對的區(qū)域，該區(qū)域應彼此靠近放置以限制電流環(huán)路面積。

差分對參考平面準則

路由差分對信號時，不存在忽略參考平面的風險。話雖如此，您將需要正確設計參考平面或將更多問題引入電路。

參考平面應為連續(xù)的銅平面，該平面應低于差分信號并連接到收發(fā)器IC的同一數(shù)字地。避免平面不連續(xù)，因為這會導致不可預測的返回路徑并增加EMI的可能性。如果不可避免，請使用交流電容器在信號對下方的兩個平面之間連接。交流電容器將為高速差分信號的返回電流形成低阻抗路徑。

至于獲得參考平面的精確區(qū)域，可以使用PCB設計軟件來幫助。因此，不要忽略差分對參考平面，因為安全比后悔好。