- PCB 差分对的基础知识。
- 差分对布线指南，实现更好的布线设计。
- 高效利用 PCB 设计工具。
不过，差分对布线可能没那么容易，因为它们必须遵循特定的规则，这样才能确保信号的性能。这些规则决定了一些细节，如差分对的走线宽度和间距，以及许多其他方面，如导线如何在电路板上一起布线。如果使用了大量的差分对，即使设计师已经为每个信号布设了两条单独的走线，也会对电路板其他部分的布线产生很大的影响。本文将详细介绍差分对的布线和一些需要注意的潜在问题。
然而，这种布线方式有一个问题：随着传输线速度提高，单端信号可能会受到一些问题的影响，包括串扰噪音和电磁干扰 (EMI)。此时，差分信号就派上了用场。
差分信号使用两个互补的信号来传输一个数据信号，但第二个信号与第一个信号的相位相反。信号接收器使用反相和同相信号之间的差异来破译信息。使用差分对布线传输信号有一些重要的好处，首先是能减少噪音和 EMI：
- 传入的干扰将被均等地添加到反相和同相的信号中。由于接收器是对两个信号之间的差异作出反应，无论是否受到影响，影响都是最小的。与影响单端信号的干扰相比，这样的性能要好得多。
- 差分对的电磁场大小相等，但极性相反，因此来自两条走线的干扰通常可以相互抵消。
- 所需的电压更低意味着功耗也更低。
- 信号的电压转换将更小，有助于确保电路板的电源完整性。
- 在较低的信号电压下可以使用较高的工作频率。
- 电压越低，辐射的 EMI 就越少。
如上所述，在电路板上使用差分信号有诸多好处，但也要付出一些代价。
为了避免这种情况，差分对必须一起布线，并且宽度要相同，当在电路板上的障碍物（如过孔或较小的器件）周围进行布线时，这可能是个难题。
示例：不在障碍物周围进行差分对布线
- 如果可能的话，尽量避免使用过孔。如果必须要使用，应该对称摆放一对过孔。尽量使过孔靠得很近，它们相对于布线焊盘的位置应该是均等的。
- 最好使用内层布线，以尽量减少串扰，但这意味着使用过孔过渡到各层。
- 确保差分对与其他走线彼此分离。通常，间隔距离应为正常走线宽度间距的三倍。
- 如果可能的话，考虑在相邻的信号层上进行侧面差分对布线。这将带来更高的布线密度和更好的串扰控制。
- 规划布线方式，避免障碍物，如过孔或无源器件，以保持差分对的对称性（如上图所示）。
- 规划焊盘入口和出口的布线，使走线之间尽可能形成镜像。
- 在走线的整个长度上使用相同的走线宽度。
- 差分对走线之间的间距保持一致。
在上图中可以看到，Cadence 的 PCB layout 工具中使用 Constraint Manager 来管理包括差分对在内的不同设计规则。其中包括走线的宽度和间距，允许走线蜿蜒的长度，以及布线图，包括焊盘的入口和出口。借助这一工具，我们可以为差分对输入所有相关的规则，确保它们符合具体的电路需求。
如果想要了解更多 Allegro PCB Designer 及其 Constraint Manager 的设计功能，欢迎点击下方图片：
