在进行高速电路设计时,经常会遇到差分对的走线设计,这主要源于差分走线的如下优势:
1、抗干扰能力强,接收端只关心两信号差值,外界的共模噪声可完全抵消(对内干扰)。
2、有效抑制EMI,由于两信号线极性相反,通过耦合,对外界的辐射干扰可相互抵消(对外干扰)。
3、时序定位准确,等等。
当然,很多人对差分走线也存在不少误区,常见的如下:
1、认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流路径。
2、认为保持等距比匹配线长更重要。
3、认为差分走线一定要靠得很近。
下面就谈一下个人在这方面的学习心得。
1、信号回流
如上图所示,A、B是一个高速信号的差分对,A对应的回流为C,B对应的回流为D。A和B的电流大小相等,方向相反,同理C和D也是如此。当差分信号A、B之间的距离足够近的情况下,C、D也是足够的近,那么由于C、D大小相等,方向相反,所以流过回流平面的电流为0,也就是说,A和B的回流不依赖于回流平面,而是差分线之间实现回流。当然前提条件是C、D足够近,但是,在实际的应用中,只能实现大部分的电流在差分线之间回流,还是有一部分的回流是经过回流平面的。因此,在进行差分走线时,回流平面还是要保证完整,否则容易出问题。
2、强耦合与弱耦合
通常,如果差分线之间的距离很近,回流基本上是经过差分线之间,而很少通过回流平面,那么称之为强耦合;否则称之为弱耦合。
可以说强耦合对回流平面依赖比较低,而弱耦合对回流平面依赖比较高。那么是不是设计的时候把差分线设计成越近越好呢,也不完全是这样,因为在实际的PCB设计过程中,为了确保差分线的等长,经常需要把其中的一根线拐弯打折,这样,对于强耦合来说,阻抗变化的影响就比较大,而对于弱耦合来说,阻抗变化就比较小,此时弱耦合就比较有优势了。
3、等长问题
讲到差分线,肯定会有等长的要求,那么一个差分线之间的等长应该控制到什么程度就比较合理呢,完全等长做不到,也不必要。其实一个差分线的不等长,就等效于P、N信号存在相位差,定时误差变大,其结果就是上升沿和下降沿变缓或者出现台阶,导致稳定部分减少,也就是说,应该根据信号的速率综合考虑才对,信号速率越高,等长要求就越严格。
同时要注意的是,差分线二根线之间不等长的累加问题,如一个差分信号从一个单板到另一个单板的情况下,在本板内部、背板、另一个单板内部,都可能存在不等长,所以板际的信号更应该严格控制等长。
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