高速數據傳輸設計：對于差分對的要求

　　差分對：你真正需要了解的內容

　　對于速度的渴求始終在增長(cháng)，傳輸速率每隔幾年就會(huì )加倍。這一趨勢在諸如計算、SAS和SATA存儲方面的PCIe以及云計算中的千兆以太網(wǎng)等很多現代通信系統中很普遍。信息革命對通過(guò)傳輸介質(zhì)傳送數據提出了巨大挑戰。目前的傳輸介質(zhì)仍然依賴(lài)于銅線(xiàn)，數據鏈路中的信號速率可以達到大于25Gbps，并且端口吞吐量可以大于100Gbps.

　　這些串行數據傳輸設計使用差分信號的方式，通過(guò)被稱(chēng)為差分對的一對銅線(xiàn)來(lái)傳送數據。A線(xiàn)路和B線(xiàn)路內的信號是等振幅、反相位高速脈沖。差分信號在很多電路上有使用，比如LVDS，CML和PECL等等。

　　傳送一個(gè)理想的串行比特流

　　串行比特流是通過(guò)一個(gè)差分對傳播的差分信號。如圖1所示，差分信號的預計到達時(shí)間是一樣的，這樣的話(huà)，它們在接收端上保持差分信號的屬性(等振幅、反相位)。一個(gè)接收器被用來(lái)恢復信號，然后正確地采樣和恢復數據，從而實(shí)現無(wú)誤差數據傳輸。

　　圖1：理想差分對的電氣屬性

　　對于差分對的要求

　　一個(gè)良好設計差分對是成功進(jìn)行高速數據傳輸的關(guān)鍵因素。根據應用的不同，差分對可以是一對印刷電路板(PCB)走線(xiàn)，一對雙絞線(xiàn)或一對共用絕緣和屏蔽的并行線(xiàn)(通常稱(chēng)為T(mén)win-axial電纜)。

　　讓我們研究一下差分對的主要要求：

　　●A線(xiàn)路和B線(xiàn)路都需要保持相當恒定和相等的特性阻抗，通常稱(chēng)為奇模阻抗，此時(shí)兩條線(xiàn)路均差分激勵。

　　●差分信號應該在到達目的端時(shí)保持差分信號的屬性：幾乎相等的振幅和相反的相位。

　　◎每條線(xiàn)路的插入損耗應該大致相等。

　　◎每條線(xiàn)路的傳播延遲應該大致相等。

　　總之，我們應該尋求相等并且相當恒定的奇模阻抗，從而最大限度地減少從源端到目的端整條差分對長(cháng)度上的阻抗波動(dòng)。我們也應當使A線(xiàn)路與B線(xiàn)路之間的延遲匹配和插入損耗匹配。此外，我們需要確保插入損耗不會(huì )太多，這樣的話(huà)，接收器能夠正確地恢復數據。

　　為了滿(mǎn)足上述要求，A線(xiàn)路和B線(xiàn)路應該在它們的物理布局布線(xiàn)中保持高對稱(chēng)。發(fā)射器和接收器也應該在它們的A和B線(xiàn)路電路中保持高對稱(chēng)，這樣的話(huà)，它們在A(yíng)線(xiàn)路和B線(xiàn)路上的電氣負載相等。

　　設計差分對，以最大限度地減少失真

　　在理想情況下，差分對是完全對稱(chēng)的，此時(shí)具有無(wú)限帶寬并且鄰近信號之間完全隔離。在現實(shí)情況下，差分信號通過(guò)集成電路(IC)封裝、外部器件、不同的PCB結構、連接器和電纜連接子系統進(jìn)行傳播。實(shí)現完全對稱(chēng)的差分對是件不太容易的事情。