PCB差分信號走線設(shè)計誤區(qū)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯PCB差分信號走線設(shè)計誤區(qū) 誤區(qū)一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方供應(yīng)回流途徑。造成這種誤區(qū)的緣由是被表面現(xiàn)象迷惑，或者對高速信號傳輸?shù)臋C理熟悉還不夠深化。雖然差分電路對于類似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號返回路徑，其實在信號回流分析上，差分走線和一般的單端走線的機理是全都的，即高頻信號總是沿著電感最小的回路進行回流，最大的區(qū)分在于差分線除了有對地的耦合之外，還存在相互之間的耦合，哪一種耦合強，那一種就成為主要的回流通路。 在PCB 電路設(shè)

2、計中，一般差分走線之間的耦合較小，往往只占1020%的耦合度，更多的還是對地的耦合，所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。當?shù)仄矫姘l(fā)生不連續(xù)的時候，無參考平面的區(qū)域，差分走線之間的耦合才會供應(yīng)主要的回流通路。盡管參考平面的不連續(xù)對差分走線的影響沒有對一般的單端走線來的嚴峻，但還是會降低差分信號的質(zhì)量，增加EMI，要盡量避開。也有些設(shè)計人員認為，可以去掉差分走線下方的參考平面，以抑制差分傳輸中的部分共模信號，但從理論上看這種做法是不行取的，阻抗如何掌握？不給共模信號供應(yīng)地阻抗回路，勢必會造成EMI 輻射，這種做法弊大于利。 所以要保持PCB地線層返回路徑寬而短。盡量不要跨島（跨過相鄰電源或

3、地層的分隔區(qū)域。）比如主板設(shè)計中的USB和SATA及PCI-EXPRESS等最好不要有跨島的做法。保證這些信號的下面是個完整地平面或電源平面。 誤區(qū)二：認為保持等間距比匹配線長更重要。在實際的PCB 布線中，往往不能同時滿意差分設(shè)計的要求。由于管腳分布，過孔，以及走線空間等因素存在，必需通過適當?shù)睦@線才能達到線長匹配的目的，但帶來的結(jié)果必定是差分對的部分區(qū)域無法平行，其實間距不等造成的影響是微乎其微的，相比較而言，線長不匹配對時序的影響要大得多。再從理論分析來看，間距不全都雖然會導致差分阻抗發(fā)生變化，但由于差分對之間的耦合本身就不顯著，所以阻抗變化范圍也是很小的，通常在10%以內(nèi)，只相當于一個

4、過孔造成的反射，這對信號傳輸不會造成明顯的影響。而線長一旦不匹配，除了時序上會發(fā)生偏移，還給差分信號中引入了共模的成分，降低信號的質(zhì)量，增加了EMI。 可以這么說，PCB 差分走線的設(shè)計中最重要的規(guī)章就是匹配線長，其它的規(guī)章都可以依據(jù)設(shè)計要求和實際應(yīng)用進行敏捷處理。同時為了彌補阻抗的匹配可以采納接收端差分線對之間加一匹配電阻。 其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號品質(zhì)會好些。 所以建議如下兩點： （A）使用終端電阻實現(xiàn)對差分傳輸線的最大匹配，阻值一般在90130之間，系統(tǒng)也需要此終端電阻來產(chǎn)生正常工作的差分電壓； （B）最好使用精度2%的表面貼電阻跨接在差分線上，必要時也可使用兩個阻值各為50的電

5、阻，并在中間通過一個電容接地，以濾去共模噪聲。 通常對于差分信號的CLOCK等要求等長的匹配要求是+/-10mils之內(nèi)。 誤區(qū)三：認為差分走線肯定要靠的很近。讓差分走線靠近無非是為了增加他們的耦合，既可以提高對噪聲的免疫力，還能充分利用磁場的相反極性來抵消對外界的電磁干擾。雖說這種做法在大多數(shù)狀況下是特別有利的，但不是肯定的，假如能保證讓它們得到充分的屏蔽，不受外界干擾，那么我們也就不需要再讓通過彼此的強耦合達到抗干擾和抑制EMI 的目的了。如何才能保證差分走線具有良好的隔離和屏蔽呢？增大與其它信號走線的間距是最基本的途徑之一，電磁場能量是隨著距離呈平方關(guān)系遞減的，一般線間距超過4 倍線寬時，它們之間的干擾就極其微弱了，基本可以忽視。此外，通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結(jié)構(gòu)在高頻的（10G 以上）IC 封裝PCB 設(shè)計中常常會用采納，被稱為CPW 結(jié)構(gòu)，可以保證嚴格的差分阻抗掌握（2Z0）。 差分走線也可以走在不同的信號層中，但一般不建議這種走法，由于不同的層產(chǎn)生的諸如阻抗、過孔的差別會破壞差模傳輸?shù)男Ч?，引入共模噪聲。此外，假如相鄰兩層耦合不夠緊密的話，會降低差分走線反抗噪聲的力量，但假如能保持和四周走線適當?shù)拈g距，串擾就不是個問題。在一般頻率（GHz 以下），EMI也不會是很嚴峻的問題，試驗表明，相距50