中心議題：

• 差分信號介紹
• 差分信號線的布線
• 差分信號的優勢

解決方案：

• 差分線對中的兩個PCB線完全一致
• 高速設計規則通常也都適用於差分信號的布線

布線非常靠近的差分信號對相互之間也會互相緊密耦合，這種互相之間的耦合會減小EMI發射，差分信號線的主要缺點是增加了PCB的麵積，本文介紹電路板設計過程中采用差分信號線布線的布線策略。

眾所周知，信號存在沿信號線或者PCB線(xian)下(xia)麵(mian)傳(chuan)輸(shu)的(de)特(te)性(xing)，即(ji)便(bian)我(wo)們(men)可(ke)能(neng)並(bing)不(bu)熟(shu)悉(xi)單(dan)端(duan)模(mo)式(shi)布(bu)線(xian)策(ce)略(lve)，單(dan)端(duan)這(zhe)個(ge)術(shu)語(yu)將(jiang)信(xin)號(hao)的(de)這(zhe)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)特(te)性(xing)與(yu)差(cha)模(mo)和(he)共(gong)模(mo)種(zhong)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)區(qu)別(bie)開(kai)來(lai)
，後(hou)麵(mian)這(zhe)兩(liang)種(zhong)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)通(tong)常(chang)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)。

差分和共模方式

差模信號通過一對信號線來傳輸。一個信號線上傳輸我們通常所理解的信號；另一個信號線上則傳輸一個等值而方向相反(至少在理論上是這樣)的信號。差分和單端模式最初出現時差異不大，因為所有的信號都存在回路。

單端模式的信號通常經由一個零電壓的電路(或者稱為地)laifanhui。chafenxinhaozhongdemeiyigexinhaodouyaotongguodidianlulaifanhui。youyumeiyigexinhaoduishijishangshidengzhierfanxiangde

，suoyifanhuidianlujiujiandandihuxiangdixiaole
，yincizailingdianyahuozheshididianlushangjiubuhuichuxianchafenxinhaofanhuidechengfen。

共模方式是指信號出現在一個(差分)信(xin)號(hao)線(xian)對(dui)的(de)兩(liang)個(ge)信(xin)號(hao)線(xian)上(shang)，或(huo)者(zhe)是(shi)同(tong)時(shi)出(chu)現(xian)在(zai)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)線(xian)和(he)地(di)上(shang)。對(dui)這(zhe)個(ge)概(gai)念(nian)的(de)理(li)解(jie)並(bing)不(bu)直(zhi)觀(guan)
，因(yin)為(wei)很(hen)難(nan)想(xiang)象(xiang)如(ru)何(he)產(chan)生(sheng)這(zhe)樣(yang)的(de)信(xin)號(hao)。這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為(wei)通(tong)常(chang)我(wo)們(men)並(bing)不(bu)生(sheng)成(cheng)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)的(de)緣(yuan)故(gu)。共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)都(dou)是(shi)根(gen)據(ju)假(jia)想(xiang)情(qing)況(kuang)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)產(chan)生(sheng)或(huo)者(zhe)由(you)鄰(lin)近(jin)的(de)或(huo)外(wai)界(jie)的(de)信(xin)號(hao)源(yuan)耦(ou)合(he)進(jin)來(lai)的(de)噪(zao)聲(sheng)信(xin)號(hao)。共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)幾(ji)乎(hu)總(zong)是(shi)“有害的”，許多設計規則就是專為預防共模信號出現而設計的。

差分信號線的布線

通常(當然也有一些例外)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)也(ye)是(shi)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)，所(suo)以(yi)高(gao)速(su)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)通(tong)常(chang)也(ye)都(dou)適(shi)用(yong)於(yu)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)，特(te)別(bie)是(shi)設(she)計(ji)傳(chuan)輸(shu)線(xian)這(zhe)樣(yang)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)時(shi)更(geng)是(shi)如(ru)此(ci)。這(zhe)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)我(wo)們(men)必(bi)須(xu)非(fei)常(chang)謹(jin)慎(shen)地(di)設(she)計(ji)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)布(bu)線(xian)
，以(yi)確(que)保(bao)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)沿(yan)信(xin)號(hao)線(xian)各(ge)處(chu)連(lian)續(xu)並(bing)且(qie)保(bao)持(chi)一(yi)個(ge)常(chang)數(shu)。

在差分線對的布局布線過程中，我們希望差分線對中的兩個PCB線完全一致。這就意味著
，在實際應用中應該盡最大的努力來確保差分線對中的PCB線具有完全一樣的阻抗並且布線的長度也完全一致。差分PCB線xian通tong常chang總zong是shi成cheng對dui布bu線xian
，而er且qie它ta們men之zhi間jian的de距ju離li沿yan線xian對dui的de方fang向xiang在zai任ren意yi位wei置zhi都dou保bao持chi為wei一yi個ge常chang數shu不bu變bian。通tong常chang情qing況kuang下xia，差cha分fen線xian對dui的de布bu局ju布bu線xian總zong是shi盡jin可ke能neng地di靠kao近jin。
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差分信號的優勢

單端信號通常總是參照某種“參考”電平。這種“參考”電平可能是一個正值電壓也可能是地電壓

、一個器件的閾值電壓、或者是其它什麼地方的另外一個信號。而另一方麵差分信號則總是參照該差分線對中的另一方。也就是說，如果一個信號線(+信號)上的電壓高於另一個信號線(-信號)上的電壓
，那麼我們就可以得到一種邏輯狀態；而如果前者低於後者那麼我們就可以得到另外的一種邏輯狀態，參見圖1。


差分信號具有如下幾個優點：1.時(shi)序(xu)得(de)到(dao)精(jing)確(que)的(de)定(ding)義(yi)，這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)線(xian)對(dui)的(de)交(jiao)叉(cha)點(dian)要(yao)比(bi)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)相(xiang)對(dui)於(yu)一(yi)個(ge)參(can)考(kao)電(dian)平(ping)的(de)絕(jue)對(dui)電(dian)壓(ya)值(zhi)來(lai)得(de)簡(jian)單(dan)。這(zhe)也(ye)是(shi)需(xu)要(yao)精(jing)確(que)實(shi)現(xian)差(cha)分(fen)線(xian)對(dui)等(deng)長(chang)布(bu)線(xian)的(de)一(yi)個(ge)理(li)由(you)。如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)不(bu)能(neng)同(tong)時(shi)到(dao)達(da)差(cha)分(fen)線(xian)對(dui)的(de)另(ling)一(yi)端(duan)的(de)話(hua)，那(na)麼(me)源(yuan)端(duan)所(suo)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)的(de)任(ren)何(he)時(shi)序(xu)的(de)控(kong)製(zhi)都(dou)會(hui)大(da)打(da)折(zhe)扣(kou)。此(ci)外(wai)，如(ru)果(guo)差(cha)分(fen)線(xian)對(dui)遠(yuan)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)並(bing)非(fei)嚴(yan)格(ge)意(yi)義(yi)上(shang)的(de)等(deng)值(zhi)而(er)反(fan)向(xiang)
，那(na)麼(me)就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)，而(er)這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)時(shi)序(xu)和(he)EMI方麵的問題。2.youyuchafenxinhaobingbucanzhaotamenzishenyiwaiderenhexinhao
，bingqiekeyigengjiayangedikongzhixinhaojiaochadiandeshixu，suoyichafendianlutongchangguidedanduanxinhaodianluxiangbitongchangkeyigongzuozaigenggaodesudu。

由於差分電路的工作取決於兩個信號線(它們的信號等值而反向)上shang信xin號hao之zhi間jian的de差cha值zhi，同tong周zhou圍wei的de噪zao聲sheng相xiang比bi

，得de到dao的de信xin號hao就jiu是shi任ren何he一yi個ge單dan端duan信xin號hao的de兩liang倍bei大da小xiao。所suo以yi，在zai其qi它ta所suo有you情qing況kuang都dou一yi樣yang的de條tiao件jian下xia，差cha分fen信xin號hao總zong是shi具ju有you更geng高gao的de信xin噪zao比bi因yin而er提ti供gong更geng高gao的de性xing能neng。

差分電路對於差分對上的信號電平之間的差異非常靈敏。但是相對於一些其它的參考(尤其是地)laishuo，tamenduiyuchafenxianshangdejueduidianyazhiquebumingan。xiangduilaishuo
，chafendianluduiyuleisididanfansheheqitakenengcunzaiyudianyuanhedipingmianshangdezaoshengxinhaodengzheyangdewentishibumingande，erduigongmoxinhaolaishuo，tamenzehuiwanquanyizhidichuxianzaimeiyitiaoxinhaoxianshang。

差分信號對EMIhexinhaozhijiandechuanraoouheyejuyouyidingdemianyinengli。ruguoyiduichafenxinhaoxianduidebuxianfeichangjincou，namerenhewaibuouhedezaoshengdouhuixiangtongchengdudiouhedaoxianduizhongdemeiyitiaoxinhaoxianshang。suoyiouhedezaoshengjiuchengwei“共模”噪聲
，而差分信號電路對這種信號具有非常完美的免疫能力。如果線對是絞合在一起的(比如雙絞線)，那麼信號線對耦合噪聲的免疫能力會更強。由於不可能在PCB上很方便地實現差分信號的絞合，那麼盡可能地將它們的布線靠近在一起就成為實際應用中一種非常好的辦法。

布線非常靠近的差分信號對相互之間也會互相緊密耦合。這種互相之間的耦合會減小EMI發射
，特別是同單端PCB信(xin)號(hao)線(xian)相(xiang)比(bi)。可(ke)以(yi)這(zhe)樣(yang)想(xiang)象(xiang)，差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)中(zhong)每(mei)一(yi)條(tiao)信(xin)號(hao)線(xian)對(dui)外(wai)的(de)輻(fu)射(she)是(shi)大(da)小(xiao)相(xiang)等(deng)而(er)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)，因(yin)此(ci)會(hui)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，就(jiu)像(xiang)信(xin)號(hao)在(zai)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)中(zhong)的(de)情(qing)況(kuang)一(yi)樣(yang)。差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)在(zai)布(bu)線(xian)時(shi)靠(kao)得(de)越(yue)近(jin)
，相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)也(ye)就(jiu)越(yue)強(qiang)，因(yin)而(er)對(dui)外(wai)的(de)EMI輻射也就越小。

差分電路的主要缺點就是增加了PCB線。所以

，如果應用過程中不能發揮差分信號的優點的話，那麼不值得增加PCB麵積。但是如果設計出的電路性能方麵有重大改進的話，那麼增加的布線麵積所付出的代價就是值得的。

差分信號線之間互相會耦合。這種耦合會影響信號線的外在阻抗，因此必須采用終端匹配策略(參見注解2中有關討論以及差分阻抗的計算)。差分阻抗的計算很困難，國家半導體在這個領域提供了一些參考。PolarInstruments也提供一個獨立的可以計算許多種不同的差分信號結構3的差分阻抗計算器(需要一些費用)。高端的設計工具包也可以計算差分阻抗。

danshiyaozhuyichafenxianzhijiandexianghuouhejiangzhijieyingxiangchafenzukangdejisuan。chafenxianzhijiandeouhebixubaozhengyanzhenggechafenxiandoubaochiweiyigechangshuhuozhequebaozukangdelianxuxing。zheyeshichafenxianzhijianbixubaochi“恒定間距”設計規則的原因。