高速PCB设计之差分信号简析

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、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。

2、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。

3、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。