差分信號的優(yōu)缺點(diǎn)以及布線要求

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?yàn)楹推胀ǖ膯味诵盘栕呔€相比，差分信號具有抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制 EMI、時序定位精確的優(yōu)勢。作為一名（準(zhǔn)）PCB 設(shè)計工程師，我們當(dāng)然需要充分理解差分信號！

關(guān)于差分信號
嚴(yán)格意義上來說，所有的電壓信號都是“差分”的，因?yàn)橐粋€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(zhǔn)點(diǎn)，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?/p>

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(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1、抗干擾能力強(qiáng)。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(zhǔn)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(fù)跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯 0/1 跳變的點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)
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?yàn)椴煌瑢又g的阻抗、過孔等差別會降低差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼暋?/p>

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。

審核編輯 黃昊宇