電子發(fā)燒友App
1、差分線的定義
差分信號就是兩個(gè)幅度相等、方向相反的信號，而而負(fù)責(zé)承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。
2、為什么要走差分線？
A、因?yàn)樵谙嗤碾娐分?，由于單端走線參考的是地平面，收到外界的干擾和地平面上受到的同一干擾的表現(xiàn)差異很大，導(dǎo)致單端走線的干擾和回流路徑中的干擾無法相互抵消，而差分走線由于信號大小相等、方向相反，所以兩根差分走線之間的耦合就很好，阻抗變換也更匹配，外界的噪聲信號基本上都會(huì)同時(shí)被耦合到兩條線上，而接收端只關(guān)注兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全消除，提高信號傳輸質(zhì)量。
B、差分走線能有效抑制EMI，因?yàn)閮筛罘中盘枠O性相反，所以他們對外界的輻射電磁場可以相互抵消，保證兩根線僅僅耦合，耦合的越緊密，互相抵消的磁感應(yīng)線就越多，泄放到外界的輻射信號就越少，提高系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
C、時(shí)序的準(zhǔn)確性需要，由于差分信號的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號的交點(diǎn)，而不像普通單端信號依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號的電路。
3、等長的定義
等長，顧名思義，就是指兩根差分線的長度要盡量一樣長，業(yè)界一般保證10mil誤差以內(nèi)，嚴(yán)格點(diǎn)的就按5mil以內(nèi)作為差分線等長要求。等長是為了保證兩隊(duì)差分信號每時(shí)每刻都要保持傳輸方向相反，如果差分線線長不匹配，就會(huì)造成時(shí)序上的偏移，相位誤差大，速度越高，影響越大，還會(huì)引起共模干擾，降低信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，增加了EMI。
4、哪些地方需要用到差分走線？
因?yàn)椴罘志€有更高的抗干擾能力，能提升信號的傳輸速率，但是差分線也有缺點(diǎn)，就是它需要比單端走線多一條額外的線作為信號的回流路線。所以，只有在追求更高要求的傳輸速率或者更強(qiáng)的抗干擾能力的設(shè)計(jì)中才會(huì)以犧牲走線面積來增加走線的數(shù)量來保證信號傳輸?shù)母咚俾省⒖煽啃院透鼜?qiáng)的抗干擾能力。
1) 、長距離傳輸，網(wǎng)線，485，CAN等需要使用差分走線。如：485、CAN線，為了追求更遠(yuǎn)的傳輸距離，通常在差分走線的情況下還會(huì)提高的傳輸電平（RS485:-7V至+12V之間 CAN 5V），但相應(yīng)的也會(huì)降低傳輸速率（RS485：平均速度會(huì)小于10Mbps ；CAN：平均速度會(huì)小于1Mbps）。如下圖網(wǎng)線就是采用每一對差分線都擰在一起的走線方式。
2) 、在高速傳輸環(huán)境下需要走差分線，如 USB3.0、MIPI、LVDS、HDMI等走線。差分線在高速傳輸時(shí)，電壓幅度很低，MIPI線在高速模式下（1Gbps以上）的電壓僅有200mV。在低速模式下也只有1.2V。
大家都知道，單端信號必須保持相對較高的電壓，以確保足夠的信噪比（SNR）。常見的單端接口電壓為3.3 V和5 V。差分信號由于具有更高的抗噪聲能力，因此可以使用更低的電壓并保持足夠的SNR。因此，在相同的電平下，差分走線的上升沿時(shí)間是單端走線的1/2，所以不難理解差分線的傳輸速率比單端走線高，同時(shí)差分線由于有更低的電源電壓，所以也會(huì)降低輻射EMI和降低功耗，提升了工作頻率效率。
5、差分、等長走線設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1) 、在布局原件時(shí)，要優(yōu)先布局差分走線，盡量時(shí)差分線路徑最短，以縮短差分線的走線距離。
2) 、一對差分走線最多允許不超過兩對過孔，而且需要對稱放置，當(dāng)差分信號需要換層時(shí)，必須保持相同的參考平面，并在過孔信號周圍增加地孔。增加過孔會(huì)產(chǎn)生寄生電感，引起反射，影響信號傳輸?shù)耐暾浴?/p>
3) 、對稱平行走線，因?yàn)檫@樣才能保證兩根線緊緊耦合，避免90°走線，弧形或者45°的走線方式都是被允許的。
5) 、不能存在Stub線。Stub線就是俗稱為線頭或歪線（在 Router中經(jīng)常出現(xiàn)）, 或者說信號沒打算經(jīng)過的路徑，對于High speed signal是完全禁止的。因?yàn)橥ㄟ^大量的仿真和布線經(jīng)驗(yàn)，Stub對高速信號線的影響還是很嚴(yán)重的。
6) 、差分走線線長一旦不匹配，時(shí)序就會(huì)發(fā)生錯(cuò)亂，同時(shí)也會(huì)引起工模干擾，增加EMI。所以差分走線必須保持相同的長度、相同的寬度和相同的層數(shù)，并盡可能保持對稱，對于差分線長不匹配的地方要做補(bǔ)償，使其線長匹配，長度差最好控制在5mil，遵循哪里長度差就補(bǔ)償哪里的原則。
6、差分線與等長線的關(guān)系
差分線一定要求要做等長，但等長走線不一定要求都是差分線，等長是為了使不同的信號不延時(shí)，數(shù)據(jù)能夠同時(shí)到達(dá)，像大家所熟知的MIPI和USB3.0走線就是需要走等長+差分線，而DDR和EMMC線就只有等長沒有差分。因?yàn)橹挥械乳L，DDR、EMMC等并行高速才能同時(shí)到達(dá)接收端，才能實(shí)現(xiàn)真正意思上的并行傳輸。
編輯：黃飛
?
工商網(wǎng)監(jiān)
評論