文档介绍：差分走线
差分走线
差分走线
差分走线
        差分信号(Differential Signal)在高速电路设计中的应用越来越广泛,电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能Q3,Q4 的发射极电流就是等值,反向的,她们在接地处的电流正好相互抵消(I1=0),因而差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源与地平面上的噪音信号就是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线与普通的单端走线的机理就是一致的,即高频信号总就是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路。
差分走线
差分走线
差分走线
图 1-8-16 就是单端信号与差分信号的地磁场分布示意图。
 
        在PCB电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占10~20%的耦合度,更多的还就是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还就是存在于地平面。当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,见图 1-8-17所示。尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还就是会降低差分信号的质量,增加 EMI,要尽量避免。也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论上瞧这种做法就是不可取的,阻抗如何控制？不给共模信号提供地阻抗回路,势必会造成EMI辐射,这种做法弊大于利。
 
误区二:认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB布线中,往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布,过孔,以及走线空间等因素存在,必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的,但带来的结果必然就是差分对的部分区域无法平行,这时候我们该如何取舍呢？在下结论之前我们先瞧瞧下面一个仿真结果。 
差分走线
差分走线
差分走线
 
        从上面的仿真结果瞧来,方案 1 与方案 2 波形几乎就是重合的,也就就是说,间距不等造成的影响就是微乎其微的,相比较而言,线长不匹配对时序的影响要大得多(方案3)。再从理论分析来瞧,间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化,但因为差分对之间的耦合本身就不显著,所以阻抗变化范围也就是很小的,通常在10%以内,只相当于一个过孔造成的反射,这对信号传输不会造成明显的影响。而线长一旦不匹配,除了时序上会发生偏移,还给差分信号中引入了共模的成分,降低信号的质量,增加了EMI。
 
       可以这么说,PCB 差分走线的设计中最重要的规则就就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求与实际应用进行灵活处理。
 
误区三:认为差分走线一定要靠的很近。让差分走线靠近无非就是为了增强她们的耦合,既可以提高对噪声的免疫力,还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。虽说这种做法在大多数情况下就是非常有利的,但不就是绝对的,如果能保证让它们得到充分的屏蔽,不受外界干扰,那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰与抑制EMI的目的了。如何才能保证差分走线具有良好的隔离与屏蔽呢？增大与其它信号走线的间距就是最基本的途径之一