差分信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)及布線要求

在高速 PCB 設(shè)計(jì)中，差分信號(hào)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這主要是因?yàn)楹推胀ǖ膯味诵盘?hào)走線相比，差分信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制EMI、時(shí)序定位精確的優(yōu)勢(shì)。作為一名（準(zhǔn)）PCB 設(shè)計(jì)工程師，我們當(dāng)然需要充分理解差分信號(hào)！

關(guān)于差分信號(hào)

嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，所有的電壓信號(hào)都是“差分”的，因?yàn)橐粋€(gè)電壓總是相對(duì)另一個(gè)電壓而言。但大部分情況下，我們會(huì)把“地”做為電壓基準(zhǔn)點(diǎn)，從而測(cè)得另一個(gè)電壓值，這種信號(hào)被稱(chēng)為單端信號(hào)。由于是和“地”做比較，單端信號(hào)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(hào)呢？區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號(hào)線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)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?hào)就是差分信號(hào)。

差分信號(hào)在 PCB 上的表現(xiàn)會(huì)有兩根導(dǎo)線（Track）。

差分信號(hào)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(huì)等值、同時(shí)的被加載到兩根信號(hào)線上，而其差值為 0，即：噪聲對(duì)信號(hào)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(hào)幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號(hào)極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對(duì)外界的電磁干擾也小。

3、時(shí)序定位準(zhǔn)確。差分信號(hào)的接受端是兩根線上的信號(hào)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(hào)以閾值電壓作為信號(hào)邏輯 0/1 的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號(hào)幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號(hào)。

缺點(diǎn)

若電路板的面積非常緊張，單端信號(hào)可以只有一根信號(hào)線，地線走地平面，而差分信號(hào)一定要走兩根等長(zhǎng)、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(guò)一根走線的情況下。

差分信號(hào)布線要求

在 PCB 電路板上，差分走線必須是等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。

1. 等長(zhǎng)：等長(zhǎng)是指兩條線的長(zhǎng)度要盡量一樣長(zhǎng)，是為了保證兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)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(hào)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(duì) 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(guò)孔等差別會(huì)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(hào)線優(yōu)先”的原則，即電源、摸擬信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、差分信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。