高效的差分對布線(xiàn)指南，可加快PCB布線(xiàn)速度

2021-02-20

路由差異對可能很困難，因為它們必須遵循特定的規則才能確保信號的性能。這些規則規定了細節，例如差分對的走線(xiàn)寬度和間距，以及許多其他方面，例如走線(xiàn)如何在電路板上一起布線(xiàn)。即使在使用大量差分對的情況下，即使設計人員必須為每個(gè)信號分配兩條獨立的走線(xiàn)，也會(huì )對電路板其余部分的布線(xiàn)方式產(chǎn)生重大影響。讓我們仔細看看DIFF對路由和一些潛在的問(wèn)題，你需要知道的在差分對布線(xiàn)指導本摘要。

PCB設計中差分對的基礎

在開(kāi)始研究差分對路由的潛在困難和解決方案之前，讓我們花一點(diǎn)時(shí)間回顧一下基礎知識。如果您參與PCB布局，那么即使您之前沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)確切的術(shù)語(yǔ)，您也已經(jīng)熟悉單端信號傳輸。單端信令是在軌跡上傳輸信號，然后使用公共參考作為信號的返回路徑。當我們在板上布線(xiàn)一束走線(xiàn)時(shí)，接地層為信號返回提供了路徑，即單端信號傳輸。這就是大多數PCB網(wǎng)絡(luò )的布線(xiàn)方式。 

但是，這種類(lèi)型的路由存在一個(gè)陷阱：隨著(zhù)傳輸線(xiàn)速度的提高，單端信令可能會(huì )受到一些問(wèn)題的困擾，包括串擾和電磁干擾（EMI）的噪聲。這是差分信令可以提供幫助的地方。

差分信令使用兩個(gè)互補信號來(lái)傳輸一個(gè)數據信號，但是第二個(gè)信號與第一個(gè)信號相反。信號接收器使用反相信號和非反相信號之間的差來(lái)解密信息。從降低噪聲和EMI開(kāi)始，使用差分對路由來(lái)傳輸信號具有一些重要的好處：

傳入的干擾將同等地加到反相信號和同相信號上。由于接收器正在響應兩個(gè)信號之間的差異（無(wú)論是否受到影響），因此影響最小。與影響單端信號的干擾相比，這提供了更好的性能。

由于差分對的電磁場(chǎng)大小相等但極性相反，因此，兩條跡線(xiàn)發(fā)出的干擾通常應相互抵消。

差分對還具有優(yōu)于單端信令的另一個(gè)優(yōu)勢，因為它們可以在較低的電壓下運行。一條走線(xiàn)必須在更高的電壓下工作，以確保其信噪比（SNR）足以抵御任何傳入的噪聲。由于差分對對噪聲的抵抗力更大，因此它需要的電壓更少，這還帶來(lái)了一些其他好處：

較低的電壓要求意味著(zhù)將消耗較少的功率。

信號的電壓跳變會(huì )更小，從而有助于電路板的電源完整性。

較高的工作頻率可用于較低的信號電壓。

電壓越低，輻射的電磁干擾就越少。

如您所見(jiàn)，在電路板上使用差分信號有很多好處，但也要考慮一些成本。

印刷電路板上的差分對布線(xiàn)

PCB布局中與差分對相關(guān)的問(wèn)題

正如我們剛剛看到的，使用差分對路由有很多好處，但是也有一些缺點(diǎn)。第一個(gè)也是最明顯的問(wèn)題是您必須為每個(gè)信號路由兩條走線(xiàn)。這不僅使電路板上的布線(xiàn)數量增加了一倍，而且對于差異對使用了附加規則，它甚至會(huì )占用更多空間。讓我們看一下設計師必須面對的一些差異對困難。

線(xiàn)對中兩條走線(xiàn)的長(cháng)度必須相等

差分對的一大優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)使信號由兩個(gè)極性相同的相等信號表示，可以消除噪聲和EMI。但是，如果導線(xiàn)的長(cháng)度不相等，則這種平衡會(huì )被破壞，進(jìn)而可能產(chǎn)生共模噪聲和嚴重的EMI問(wèn)題。信號的上升和下降時(shí)間越長(cháng)，如果線(xiàn)路的長(cháng)度不相等，問(wèn)題就越嚴重。

整個(gè)擴散對線(xiàn)的寬度和間距必須一致

線(xiàn)跡越近，該對將彼此更好地耦合。但是，當走線(xiàn)的間距改變時(shí)，差分阻抗也會(huì )改變，從而導致不匹配以及產(chǎn)生噪聲和EMI的額外可能性。為避免這種情況，必須成對地以相同的寬度布線(xiàn)，當繞過(guò)電路板上的障礙物（例如通孔或較小的組件）布線(xiàn)時(shí)，這可能是個(gè)問(wèn)題。

為了從差異對路由中獲得最佳性能，需要遵循一些基本規則，我們將在下面討論。

這是一個(gè)如何不在障礙物周?chē)@差分對的例子

差分對路由準則

為了在電路板上獲得最佳信號性能和完整性，以下是PCB設計人員應注意的一些差分對布線(xiàn)指南：

一起路由差分對

這對線(xiàn)的兩條跡線(xiàn)需要清楚地標識為布局團隊的差分對，以便在信號的整個(gè)長(cháng)度上將它們一起布線(xiàn)。

盡可能避免使用過(guò)孔。如果確實(shí)使用它們，則應將它們成對放置。嘗試使它們盡可能靠近，并從它們要從其布線(xiàn)的焊盤(pán)上均勻地放置過(guò)孔。

最好使用內層布線(xiàn)以最大程度地減少串擾，但這意味著(zhù)要通過(guò)帶通孔的層進(jìn)行過(guò)渡。

保持差異對與其他跡線(xiàn)隔離。通常，通過(guò)指定三倍于正常走線(xiàn)寬度間距的間隙來(lái)完成此操作。

如果可能，請考慮在相鄰信號層上進(jìn)行寬邊差分對布線(xiàn)。這將允許更高的路由密度和更好的串擾控制。

保持兩條走線(xiàn)之間的路由對稱(chēng)

成功的差異對應導致線(xiàn)彼此緊密鏡像。為此，請在路由時(shí)考慮以下想法：

規劃布線(xiàn)以避免障礙物，例如通孔或無(wú)源零件，以保持線(xiàn)對的對稱(chēng)性（如上圖所示）。

規劃您的焊盤(pán)進(jìn)入和退出布線(xiàn)，以使跡線(xiàn)盡可能彼此鏡像。

在走線(xiàn)的整個(gè)長(cháng)度上使用相同的走線(xiàn)寬度。

保持線(xiàn)對之間的間距一致。

保持線(xiàn)對的走線(xiàn)長(cháng)度相同

如前所述，線(xiàn)對中兩條線(xiàn)的長(cháng)度必須相同。為此，您可能必須將跟蹤調整的小部分放入較短的行中以使其均衡。盡管這會(huì )稍微改變線(xiàn)條的對稱(chēng)性，但長(cháng)度更為重要。如果長(cháng)度不相等是由于焊盤(pán)位置不對稱(chēng)引起的，請嘗試在線(xiàn)路的此區域添加走線(xiàn)調整。

雖然在布線(xiàn)差異對時(shí)要記住很多事情，但您的PCB設計CAD工具通常具有很多功能，可幫助您配置差異對布線(xiàn)的布局。