差分信号线的分析和LAYOUT

误区二：认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB 布线中，往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布，过孔，以及走线空间等因素存在，必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的，但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行，其实间距不等造成的影响是微乎其微的，相比较而言，线长不匹配对时序的影响要大得多。再从理论分析来看，间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化，但因为差分对之间的耦合本身就不显著，所以阻抗变化范围也是很小的，通常在10%以内，只相当于一个过孔造成的反射，这对信号传输不会造成明显的影响。而线长一旦不匹配，除了时序上会发生偏移，还给差分信号中引入了共模的成分，降低信号的质量，增加了EMI。

可以这么说，PCB 差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长，其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。同时为了弥补阻抗的匹配可以采用接收端差分线对之间加一匹配电阻。 其值应等于差分阻抗的值。这样信号品质会好些。

所以建议如下两点：

（A）使用终端电阻实现对差分传输线的最大匹配，阻值一般在90～130Ω之间，系统也需要此终端电阻来产生正常工作的差分电压；

（B）最好使用精度１～2%的表面贴电阻跨接在差分线上，必要时也可使用两个阻值各为50Ω的电阻，并在中间通过一个电容接地，以滤去共模噪声。

通常对于差分信号的CLOCK等要求等长的匹配要求是+/-10mils之内。

误区三：认为差分走线一定要靠的很近。让差分走线靠近无非是为了增强他们的耦合，既可以提高对噪声的免疫力，还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。虽说这种做法在大多数情况下是非常有利的，但不是绝对的，如果能保证让它们得到充分的屏蔽，不受外界干扰，那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰和抑制EMI 的目的了。如何才能保证差分走线具有良好的隔离和屏蔽呢？增大与其它信号走线的间距是最基本的途径之一，电磁场能量是随着距离呈平方关系递减的，一般线间距超过4 倍线宽时，它们之间的干扰就极其微弱了，基本可以忽略。此外，通过地平面的隔离也可以起到很好的屏蔽作用，这种结构在高频的（10G 以上）IC 封装PCB 设计中经常会用采用，被称为CPW 结构，可以保证严格的差分阻抗控制（2Z0）。

差分走线也可以走在不同的信号层中，但一般不建议这种走法，因为不同的层产生的诸如阻抗、过孔的差别会破坏差模传输的效果，引入共模噪声。此外，如果相邻两层耦合不够紧密的话，会降低差分走线抵抗噪声的能力，但如果能保持和周围走线适当的间距，串扰就不是个问题。在一般频率（GHz 以下），EMI也不会是很严重的问题，实验表明，相距500Mils 的差分走线，在3 米之外的辐射能量衰减已经达到60dB，足以满足FCC 的电磁辐射标准，所以设计者根本不用过分担心差分线耦合不够而造成电磁不兼容问题。

4.眼图

在差分信号的测试当中我们经常要遇到一个测试项目是眼图，也有很多设计初学者都或许听过眼图这个测试。但还是有很多不知道眼图到底是怎么来的。学会看眼图对于自己的测试和DEBUG是非常有用的。下面介绍下眼图。

在每一个时钟周期内都会有信号在传输。但是如果是一个很长的位流（bits）,那么很难确定这个信号是否符合规范（specifications）。为了便于分析，那么所有的信号位都可以组成一个信号图形的话，那么就可以看这个把这些图形叠加起来看看是否符合规范。这就是眼图。

如下图，假设所有的信号都是在时钟的上升沿触发。那么把所有数据信号的波形都按上升沿取出来并叠加在一起。每一个这样的波形就叫一个SYMPLE。如图所示的那样（图上只取出一个波形来，以便读者能看清楚），这样就形成了眼图的前半截。接着按下降沿取出并叠加在一起，那么就可以形成眼图的后半截。同时为高电平或低电平的信号波形组成眼图的上面和下面。这样就形成了一个标准的眼图（如下图）。然后所要做的是按信号规范在眼图里定义进去就可以了。

当然下图是把CLK也表示出来了，实际串行的差分信号是不能在信号线上测到CLOCK的。

下面举个实例看下，从眼图上看，这信号质量是非常差的。那相对应它的SYMPLE也是可以看得到是很差的信号质量，上升沿和下降沿太缓，一致性太差，信号的HIGH LEVEL也不够，SKEW太大等。

5.差分信号的测量。

输入连接一般来说，差分放大器或探头与信号源的互连是产生误差的最大来源。为了维持输入的匹配，两个通道应尽可能一样。两个输入端的任何接线的都应长度相同。如果使用探头，其型号与长度也应相同。在测量高共模电压的低频信号时，应避免使用带衰减的探头。在高增益时则完全不能使用这种探头，因为不可能精地平衡它们的衰减量。当高电压或高频率的应用需要衰减时，应使用为差分放大器专门设计的专用无源探头。这种探头具有能精密调整直流衰减和交流补偿的装置。为获得最佳的性能，每一个特定的放大器都应专用一套探头，而且要根据这套探头附带的程序针对该放大器进行校准。

一种常用的方法是将+ 和- 输入缆线成对绞扭在一起。这样可减少拾取线路频率干扰和其他噪声的可能。如果要抓取眼图的话要跟仪器厂家获得咨询，以获得最新的软件和夹具。一般这套软件和夹具是要另外收费的。