PCB中的差分线原理与处理方式
本科生的模电课本中讲到了一个电路,差分放大电路,也是集成运放的第一级。差分差分,强调的是两个信号的“差”值。在数字信号中,差分信号也充分体现了差分的性质。
差分信号概念:
差分传输是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相差180度,极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。
以上图为例。通常,差分信号的两根线平均电压是相同的,假设平均电压是2.5V。假设两个信号在时刻0都是2.5V,在第一次两个信号再次回归到2.5V前的区间内,其中一个信号比另一个信号的电压高,我们就规定此时传输的是正极信号V+;在下一个区间中,先前高于2.5V的信号低于2.5V了,而先前低于2.5V的电压高于了2.5V,于是可以规定此时传输的是负极信号V-。差分信号的正极负极是由两个信号的相对差来实现的。
与差分信号相对应的概念叫单端信号,平时说到的高电平、低电平就是单端信号。单端信号通过衡量与基准电位(GND)的差值来确定其所属的电平类型。
差分信号特点:
一根线能传的信号非要两根一起传,这么费劲显然带来了优势:
1.高共模抑制比。差分信号靠相对值判断传输信号的极性,这样可最大化减少共模噪声对传输线的影响。假设A线3.0V,B线1.0V,按协议是极性V+。这时候突然两条线受到了同样的噪声(共模噪声),A线变成了3.2V,B线变成了1.2V,结果还是A线电压更高,因此传输信号还是极性V+。
2.能狗有效抑制EMI,两根导线上的信号极性相反,对外的辐射的电磁场可以相互抵消。两条信号线之间耦合的越紧密,释放到外界的电磁能量越少。
3.如果没有通过地的返回信号, 地回路的连续性相对就变得不重要了。差分信号能够尽量减少跨分割带来的影响。比如有一个模拟信号通过差分对连接到数字器件,基本不会受到跨分割地报考跨分割电源带来的影响。
差分线走线特点:
1.差分信号走线要耦合处理,两条线尽量紧密靠在一起,不可以分开走线。同时尽量不要做打孔换层处理。
2.差分线往往走高速信号,因此在大部分情况下做等长、等宽处理。在等长的时候需要注意,要在长度不匹配的区间进行绕线,不可以在长度匹配的区间绕线。绕线的形状呈小波浪线。经验表明,等长误差范围不需要比5mil更小。如下图所示: 除了常见的差分数据线之外,譬如晶振等时钟信号传输线都应当采取“类差分”方式进行布线。即布线方式参考特点1,但是对等长的需求低一些。