作為一名PCB設計工程師，充分理解“差分信號”很重要！

板兒妹0517

在高速PCB設計中，差分信號的應用越來(lái)越廣泛，這主要是因為和普通的單端信號走線(xiàn)相比，差分信號具有抗干擾能力強、能有效抑制EMI、時(shí)序定位精確的優(yōu)勢。作為一名（準）PCB設計工程師，我們當然需要充分理解差分信號！


關(guān)于差分信號
嚴格意義上來(lái)說(shuō)，所有的電壓信號都是“差分”的，因為一個(gè)電壓總是相對另一個(gè)電壓而言。但大部分情況下，我們會(huì )把“地”做為電壓基準點(diǎn)，從而測得另一個(gè)電壓值，這種信號被稱(chēng)為單端信號。由于是和“地”做比較，單端信號在PCB上的表現通常只有一根導線(xiàn)（Track）。
那什么是差分信號呢？區別于傳統的一根信號線(xiàn)一根地線(xiàn)的做法，差分傳輸在這兩根線(xiàn)上都傳輸信號，這兩個(gè)信號的振幅相等，相位相差180度，極性相反。在這兩根線(xiàn)上傳輸的信號就是差分信號。

差分信號在PCB上的表現會(huì )有兩根導線(xiàn)（Track）。


差分信號的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會(huì )等值、同時(shí)的被加載到兩根信號線(xiàn)上，而其差值為0，即：噪聲對信號的邏輯意義不產(chǎn)生影響。
2、能有效抑制電磁干擾（EMI）。由于兩根線(xiàn)靠得很近且信號幅值相等，這兩根線(xiàn)與地線(xiàn)之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。
3、時(shí)序定位準確。差分信號的接受端是兩根線(xiàn)上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。
缺點(diǎn)
若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線(xiàn)，地線(xiàn)走地平面，而差分信號一定要走兩根等長(cháng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線(xiàn)。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(xiàn)的情況下。


差分信號布線(xiàn)要求
在PCB電路板上，差分走線(xiàn)必須是等長(cháng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線(xiàn)。
1. 等長(cháng)：等長(cháng)是指兩條線(xiàn)的長(cháng)度要盡量一樣長(cháng)，是為了保證兩個(gè)差分信號時(shí)刻保持相反極性。減少共模分量。
2. 等寬、等距：等寬是指兩條信號的走線(xiàn)寬度需要保持一致，等距是指兩條線(xiàn)之間的間距要保持不變，保持平行。
3. 差分線(xiàn)彼此靠近，靠越近，回路面積越小，走線(xiàn)下面感應電流的回路面積也越小，對EMI控制也好。
4. 差分走線(xiàn)要求在同一板層上，因為不同層之間的阻抗、過(guò)孔等差別會(huì )降低差模傳輸的效果而引入共模噪聲。
提醒：在PCB布線(xiàn)規則中，有一條“關(guān)鍵信號線(xiàn)優(yōu)先”的原則，即電源、摸擬信號、高速信號、時(shí)鐘信號、差分信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線(xiàn)。
（圖文內容整理自網(wǎng)絡(luò )）

高速PCB設計：邁威科技 http://www.cnmaxwell.com/
PCB設計培訓：快點(diǎn)PCB學(xué)院 http://www.eqpcb.com/