高效的差分(fēn)对布線(xiàn)指南，可(kě)加快PCB布線(xiàn)速度

2021-02-20

路由差异对可(kě)能(néng)很(hěn)困难，因為(wèi)它们必须遵循特定的规则才能(néng)确保信号的性能(néng)。这些规则规定了细节，例如差分(fēn)对的走線(xiàn)宽度和间距，以及许多(duō)其他(tā)方面，例如走線(xiàn)如何在電(diàn)路板上一起布線(xiàn)。即使在使用(yòng)大量差分(fēn)对的情况下，即使设计人员必须為(wèi)每个信号分(fēn)配两条独立的走線(xiàn)，也会对電(diàn)路板其余部分(fēn)的布線(xiàn)方式产生重大影响。让我们仔细看看DIFF对路由和一些潜在的问题，你需要知道的在差分(fēn)对布線(xiàn)指导本摘要。

PCB设计中差分(fēn)对的基础

在开始研究差分(fēn)对路由的潜在困难和解决方案之前，让我们花(huā)一点时间回顾一下基础知识。如果您参与PCB布局，那么即使您之前没有(yǒu)听说过确切的术语，您也已经熟悉单端信号传输。单端信令是在轨迹上传输信号，然后使用(yòng)公共参考作為(wèi)信号的返回路径。当我们在板上布線(xiàn)一束走線(xiàn)时，接地层為(wèi)信号返回提供了路径，即单端信号传输。这就是大多(duō)数PCB网络的布線(xiàn)方式。 

但是，这种类型的路由存在一个陷阱：随着传输線(xiàn)速度的提高，单端信令可(kě)能(néng)会受到一些问题的困扰，包括串扰和電(diàn)磁干扰（EMI）的噪声。这是差分(fēn)信令可(kě)以提供帮助的地方。

差分(fēn)信令使用(yòng)两个互补信号来传输一个数据信号，但是第二个信号与第一个信号相反。信号接收器使用(yòng)反相信号和非反相信号之间的差来解密信息。从降低噪声和EMI开始，使用(yòng)差分(fēn)对路由来传输信号具有(yǒu)一些重要的好处：

传入的干扰将同等地加到反相信号和同相信号上。由于接收器正在响应两个信号之间的差异（无论是否受到影响），因此影响最小(xiǎo)。与影响单端信号的干扰相比，这提供了更好的性能(néng)。

由于差分(fēn)对的電(diàn)磁场大小(xiǎo)相等但极性相反，因此，两条迹線(xiàn)发出的干扰通常应相互抵消。

差分(fēn)对还具有(yǒu)优于单端信令的另一个优势，因為(wèi)它们可(kě)以在较低的電(diàn)压下运行。一条走線(xiàn)必须在更高的電(diàn)压下工作，以确保其信噪比（SNR）足以抵御任何传入的噪声。由于差分(fēn)对对噪声的抵抗力更大，因此它需要的電(diàn)压更少，这还带来了一些其他(tā)好处：

较低的電(diàn)压要求意味着将消耗较少的功率。

信号的電(diàn)压跳变会更小(xiǎo)，从而有(yǒu)助于電(diàn)路板的電(diàn)源完整性。

较高的工作频率可(kě)用(yòng)于较低的信号電(diàn)压。

電(diàn)压越低，辐射的電(diàn)磁干扰就越少。

如您所见，在電(diàn)路板上使用(yòng)差分(fēn)信号有(yǒu)很(hěn)多(duō)好处，但也要考虑一些成本。

印刷電(diàn)路板上的差分(fēn)对布線(xiàn)

PCB布局中与差分(fēn)对相关的问题

正如我们刚刚看到的，使用(yòng)差分(fēn)对路由有(yǒu)很(hěn)多(duō)好处，但是也有(yǒu)一些缺点。第一个也是最明显的问题是您必须為(wèi)每个信号路由两条走線(xiàn)。这不仅使電(diàn)路板上的布線(xiàn)数量增加了一倍，而且对于差异对使用(yòng)了附加规则，它甚至会占用(yòng)更多(duō)空间。让我们看一下设计师必须面对的一些差异对困难。

線(xiàn)对中两条走線(xiàn)的長(cháng)度必须相等

差分(fēn)对的一大优点是，通过使信号由两个极性相同的相等信号表示，可(kě)以消除噪声和EMI。但是，如果导線(xiàn)的長(cháng)度不相等，则这种平衡会被破坏，进而可(kě)能(néng)产生共模噪声和严重的EMI问题。信号的上升和下降时间越長(cháng)，如果線(xiàn)路的長(cháng)度不相等，问题就越严重。

整个扩散对線(xiàn)的宽度和间距必须一致

線(xiàn)迹越近，该对将彼此更好地耦合。但是，当走線(xiàn)的间距改变时，差分(fēn)阻抗也会改变，从而导致不匹配以及产生噪声和EMI的额外可(kě)能(néng)性。為(wèi)避免这种情况，必须成对地以相同的宽度布線(xiàn)，当绕过電(diàn)路板上的障碍物(wù)（例如通孔或较小(xiǎo)的组件）布線(xiàn)时，这可(kě)能(néng)是个问题。

為(wèi)了从差异对路由中获得最佳性能(néng)，需要遵循一些基本规则，我们将在下面讨论。

这是一个如何不在障碍物(wù)周围绕差分(fēn)对的例子

差分(fēn)对路由准则

為(wèi)了在電(diàn)路板上获得最佳信号性能(néng)和完整性，以下是PCB设计人员应注意的一些差分(fēn)对布線(xiàn)指南：

一起路由差分(fēn)对

这对線(xiàn)的两条迹線(xiàn)需要清楚地标识為(wèi)布局团队的差分(fēn)对，以便在信号的整个長(cháng)度上将它们一起布線(xiàn)。

尽可(kě)能(néng)避免使用(yòng)过孔。如果确实使用(yòng)它们，则应将它们成对放置。尝试使它们尽可(kě)能(néng)靠近，并从它们要从其布線(xiàn)的焊盘上均匀地放置过孔。

最好使用(yòng)内层布線(xiàn)以最大程度地减少串扰，但这意味着要通过带通孔的层进行过渡。

保持差异对与其他(tā)迹線(xiàn)隔离。通常，通过指定三倍于正常走線(xiàn)宽度间距的间隙来完成此操作。

如果可(kě)能(néng)，请考虑在相邻信号层上进行宽边差分(fēn)对布線(xiàn)。这将允许更高的路由密度和更好的串扰控制。

保持两条走線(xiàn)之间的路由对称

成功的差异对应导致線(xiàn)彼此紧密镜像。為(wèi)此，请在路由时考虑以下想法：

规划布線(xiàn)以避免障碍物(wù)，例如通孔或无源零件，以保持線(xiàn)对的对称性（如上图所示）。

规划您的焊盘进入和退出布線(xiàn)，以使迹線(xiàn)尽可(kě)能(néng)彼此镜像。

在走線(xiàn)的整个長(cháng)度上使用(yòng)相同的走線(xiàn)宽度。

保持線(xiàn)对之间的间距一致。

保持線(xiàn)对的走線(xiàn)長(cháng)度相同

如前所述，線(xiàn)对中两条線(xiàn)的長(cháng)度必须相同。為(wèi)此，您可(kě)能(néng)必须将跟踪调整的小(xiǎo)部分(fēn)放入较短的行中以使其均衡。尽管这会稍微改变線(xiàn)条的对称性，但長(cháng)度更為(wèi)重要。如果長(cháng)度不相等是由于焊盘位置不对称引起的，请尝试在線(xiàn)路的此區(qū)域添加走線(xiàn)调整。

虽然在布線(xiàn)差异对时要记住很(hěn)多(duō)事情，但您的PCB设计CAD工具通常具有(yǒu)很(hěn)多(duō)功能(néng)，可(kě)帮助您配置差异对布線(xiàn)的布局。