高效的差分對布線指南，可加快PCB布線速度

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，例如差分對的走線寬度和間距，以及許多其他方面，例如走線如何在電路板上一起布線。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信號分配兩條獨立的走線，也會對電路板其余部分的布線方式產生重大影響。讓我們仔細看看DIFF對路由和一些潛在的問題，你需要知道的在差分對布線指導本摘要。

PCB設計中差分對的基礎

在開始研究差分對路由的潛在困難和解決方案之前，讓我們花一點時間回顧一下基礎知識。如果您參與PCB布局，那么即使您之前沒有聽說過確切的術語，您也已經熟悉單端信號傳輸。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。當我們在板上布線一束走線時，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網絡的布線方式。 

但是，這種類型的路由存在一個陷阱：隨著傳輸線速度的提高，單端信令可能會受到一些問題的困擾，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。

差分信令使用兩個互補信號來傳輸一個數據信號，但是第二個信號與第一個信號相反。信號接收器使用反相信號和非反相信號之間的差來解密信息。從降低噪聲和EMI開始，使用差分對路由來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信號之間的差異（無論是否受到影響），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大小相等但極性相反，因此，兩條跡線發出的干擾通常應相互抵消。

差分對還具有優于單端信令的另一個優勢，因為它們可以在較低的電壓下運行。一條走線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，這還帶來了一些其他好處：

較低的電壓要求意味著將消耗較少的功率。

信號的電壓跳變會更小，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，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

PCB布局中與差分對相關的問題

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。第一個也是最明顯的問題是您必須為每個信號路由兩條走線。這不僅使電路板上的布線數量增加了一倍，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。

線對中兩條走線的長度必須相等

差分對的一大優點是，通過使信號由兩個極性相同的相等信號表示，可以消除噪聲和EMI。但是，如果導線的長度不相等，則這種平衡會被破壞，進而可能產生共模噪聲和嚴重的EMI問題。信號的上升和下降時間越長，如果線路的長度不相等，問題就越嚴重。

整個擴散對線的寬度和間距必須一致

線跡越近，該對將彼此更好地耦合。但是，當走線的間距改變時，差分阻抗也會改變，從而導致不匹配以及產生噪聲和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，當繞過電路板上的障礙物（例如通孔或較小的組件）布線時，這可能是個問題。

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。

這是一個如何不在障礙物周圍繞差分對的例子

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指南：

一起路由差分對

這對線的兩條跡線需要清楚地標識為布局團隊的差分對，以便在信號的整個長度上將它們一起布線。

盡可能避免使用過孔。如果確實使用它們，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的焊盤上均勻地放置過孔。

最好使用內層布線以最大程度地減少串擾，但這意味著要通過帶通孔的層進行過渡。

保持差異對與其他跡線隔離。通常，通過指定三倍于正常走線寬度間距的間隙來完成此操作。

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

保持兩條走線之間的路由對稱

成功的差異對應導致線彼此緊密鏡像。為此，請在路由時考慮以下想法：

規劃布線以避免障礙物，例如通孔或無源零件，以保持線對的對稱性（如上圖所示）。

規劃您的焊盤進入和退出布線，以使跡線盡可能彼此鏡像。

在走線的整個長度上使用相同的走線寬度。

保持線對之間的間距一致。

保持線對的走線長度相同

如前所述，線對中兩條線的長度必須相同。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。盡管這會稍微改變線條的對稱性，但長度更為重要。如果長度不相等是由于焊盤位置不對稱引起的，請嘗試在線路的此區域添加走線調整。

雖然在布線差異對時要記住很多事情，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的布局。