差分信號線(xiàn)的分析

誤區二：認為保持等間距比匹配線(xiàn)長(cháng)更重要。在實(shí)際的PCB 布線(xiàn)中，往往不能同時(shí)滿(mǎn)足差分設計的要求。由于管腳分布，過(guò)孔，以及走線(xiàn)空間等因素存在，必須通過(guò)適當的繞線(xiàn)才能達到線(xiàn)長(cháng)匹配的目的，但帶來(lái)的結果必然是差分對的部分區域無(wú)法平行，其實(shí)間距不等造成的影響是微乎其微的，相比較而言，線(xiàn)長(cháng)不匹配對時(shí)序的影響要大得多。再從理論分析來(lái)看，間距不一致雖然會(huì )導致差分阻抗發(fā)生變化，但因為差分對之間的耦合本身就不顯著(zhù)，所以阻抗變化范圍也是很小的，通常在10%以?xún)?，只相當于一個(gè)過(guò)孔造成的反射，這對信號傳輸不會(huì )造成明顯的影響。而線(xiàn)長(cháng)一旦不匹配，除了時(shí)序上會(huì )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(shuō)，PCB 差分走線(xiàn)的設計中最重要的規則就是匹配線(xiàn)長(cháng)，其它的規則都可以根據設計要求和實(shí)際應用進(jìn)行靈活處理。同時(shí)為了彌補阻抗的匹配可以采用接收端差分線(xiàn)對之間加一匹配電阻。 其值應等于差分阻抗的值。這樣信號品質(zhì)會(huì )好些。

所以建議如下兩點(diǎn)：

（A）使用終端電阻實(shí)現對差分傳輸線(xiàn)的最大匹配，阻值一般在90～130Ω之間，系統也需要此終端電阻來(lái)產(chǎn)生正常工作的差分電壓；

（B）最好使用精度１～2%的表面貼電阻跨接在差分線(xiàn)上，必要時(shí)也可使用兩個(gè)阻值各為50Ω的電阻，并在中間通過(guò)一個(gè)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(cháng)的匹配要求是+/-10mils之內。

誤區三：認為差分走線(xiàn)一定要靠的很近。讓差分走線(xiàn)靠近無(wú)非是為了增強他們的耦合，既可以提高對噪聲的免疫力，還能充分利用磁場(chǎng)的相反極性來(lái)抵消對外界的電磁干擾。雖說(shuō)這種做法在大多數情況下是非常有利的，但不是絕對的，如果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(guò)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(xiàn)具有良好的隔離和屏蔽呢？增大與其它信號走線(xiàn)的間距是最基本的途徑之一，電磁場(chǎng)能量是隨著(zhù)距離呈平方關(guān)系遞減的，一般線(xiàn)間距超過(guò)4 倍線(xiàn)寬時(shí)，它們之間的干擾就極其微弱了，基本可以忽略。此外，通過(guò)地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結構在高頻的（10G 以上）IC 封裝PCB 設計中經(jīng)常會(huì )用采用，被稱(chēng)為CPW 結構，可以保證嚴格的差分阻抗控制（2Z0）。

差分走線(xiàn)也可以走在不同的信號層中，但一般不建議這種走法，因為不同的層產(chǎn)生的諸如阻抗、過(guò)孔的差別會(huì )破壞差模傳輸的效果，引入共模噪聲。此外，如果相鄰兩層耦合不夠緊密的話(huà)，會(huì )降低差分走線(xiàn)抵抗噪聲的能力，但如果能保持和周?chē)呔€(xiàn)適當的間距，串擾就不是個(gè)問(wèn)題。在一般頻率（GHz 以下），EMI也不會(huì )是很?chē)乐氐膯?wèn)題，實(shí)驗表明，相距500Mils 的差分走線(xiàn)，在3 米之外的輻射能量衰減已經(jīng)達到60dB，足以滿(mǎn)足FCC 的電磁輻射標準，所以設計者根本不用過(guò)分擔心差分線(xiàn)耦合不夠而造成電磁不兼容問(wèn)題。

4.眼圖

在差分信號的測試當中我們經(jīng)常要遇到一個(gè)測試項目是眼圖，也有很多設計初學(xué)者都或許聽(tīng)過(guò)眼圖這個(gè)測試。但還是有很多不知道眼圖到底是怎么來(lái)的。學(xué)會(huì )看眼圖對于自己的測試和DEBUG是非常有用的。下面介紹下眼圖。

在每一個(gè)時(shí)鐘周期內都會(huì )有信號在傳輸。但是如果是一個(gè)很長(cháng)的位流（bits）,那么很難確定這個(gè)信號是否符合規范（specifications）。為了便于分析，那么所有的信號位都可以組成一個(gè)信號圖形的話(huà)，那么就可以看這個(gè)把這些圖形疊加起來(lái)看看是否符合規范。這就是眼圖。

如下圖，假設所有的信號都是在時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)。那么把所有數據信號的波形都按上升沿取出來(lái)并疊加在一起。每一個(gè)這樣的波形就叫一個(gè)SYMPLE。如圖所示的那樣（圖上只取出一個(gè)波形來(lái)，以便讀者能看清楚），這樣就形成了眼圖的前半截。接著(zhù)按下降沿取出并疊加在一起，那么就可以形成眼圖的后半截。同時(shí)為高電平或低電平的信號波形組成眼圖的上面和下面。這樣就形成了一個(gè)標準的眼圖（如下圖）。然后所要做的是按信號規范在眼圖里定義進(jìn)去就可以了。

當然下圖是把CLK也表示出來(lái)了，實(shí)際串行的差分信號是不能在信號線(xiàn)上測到CLOCK的。

下面舉個(gè)實(shí)例看下，從眼圖上看，這信號質(zhì)量是非常差的。那相對應它的SYMPLE也是可以看得到是很差的信號質(zhì)量，上升沿和下降沿太緩，一致性太差，信號的HIGH LEVEL也不夠，SKEW太大等。

5.差分信號的測量。

輸入連接一般來(lái)說(shuō)，差分放大器或探頭與信號源的互連是產(chǎn)生誤差的最大來(lái)源。為了維持輸入的匹配，兩個(gè)通道應盡可能一樣。兩個(gè)輸入端的任何接線(xiàn)的都應長(cháng)度相同。如果使用探頭，其型號與長(cháng)度也應相同。在測量高共模電壓的低頻信號時(shí)，應避免使用帶衰減的探頭。在高增益時(shí)則完全不能使用這種探頭，因為不可能精地平衡它們的衰減量。當高電壓或高頻率的應用需要衰減時(shí)，應使用為差分放大器專(zhuān)門(mén)設計的專(zhuān)用無(wú)源探頭。這種探頭具有能精密調整直流衰減和交流補償的裝置。為獲得最佳的性能，每一個(gè)特定的放大器都應專(zhuān)用一套探頭，而且要根據這套探頭附帶的程序針對該放大器進(jìn)行校準。

一種常用的方法是將+ 和- 輸入纜線(xiàn)成對絞扭在一起。這樣可減少拾取線(xiàn)路頻率干擾和其他噪聲的可能。如果要抓取眼圖的話(huà)要跟儀器廠(chǎng)家獲得咨詢(xún)，以獲得最新的軟件和夾具。一般這套軟件和夾具是要另外收費的。