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    1. 昆山緯亞電子科技有限公司

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      差分線

      差分線是PCB設計中非常重要的一部分信號線,信號處理要求也是相當嚴謹,今天為大家介紹下差分信號的原理以及其在PCB設計中的處理方法。
      一、什么是差分信號     
      差分傳輸是一種信號傳輸的技術,區別于傳統的一根信號線一根地線的做法,差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號,這兩個信號的振幅相等,相位相差180度,極性相反。在這兩根線上傳輸的信號就是差分信號。


      二、差分信號與單端信號的區別
      單端信號指的是用一個線傳輸的信號,一根線沒參考點怎么會有信號呢?參考點就是地啊。也就是說,單端信號是在一跟導線上傳輸的與地之間的電平差。那么當你把信號從A點傳遞到B點的時候,有一個前提就是A點和B點的地電勢應該差不多是一樣的。

      差分信號指的是用兩根線傳輸的信號,傳輸的是兩根信號之間的電平差。當你把信號從A點傳遞到B點的時候,A點和B點的地電勢可以一樣也可以不一樣,但是A點和B點的地電勢差有一個范圍,超過這個范圍就會出問題了。

      一個差分信號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講,所有電壓信號都是差分的,因為一個電壓只能是相對于另一個電壓而言的。在某些系統里,系統地被用作電壓基準點。當地當作電壓測量基準時,這種信號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的
      另一方面,一個差分信號作用在兩個導體上。信號值是兩個導體間的電壓差。盡管不是非常必要,這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。我們用一個方法對差分信號做一下比喻,差分信號就好比是蹺蹺板上的兩個人,當一個人被蹺上去的時候,另一個人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類推,正值可以表示左邊的人比右邊的人高,而負值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個人都是同一水平。這兩個蹺蹺板用一對標識為V+和V-的導線來表示。當V+>V-時,信號定義成正極信號,當V+<V-時,信號定義成負極信號。


      三、差分信號的優點
      優點一,相對于單端信號,差分信號減小了潛在的電磁干擾(EMI)。使用差分方式傳輸,信號的電壓峰峰值會被放大了一倍,但是單根線上的電流卻保持不變。如果采用傳統的單線傳輸方式,在驅動相同的信號時,更容易造成EMI問題。優點二,差分信號的值很大程度上與“地”的精確值無關,能很好的抵抗電源的干擾。在一個地做基準,單端信號方案的系統里,測量信號的精確值依賴系統內地的一致性。信號源和信號接收器距離越遠,他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信號恢復的信號值在很大程度上與地的精確值無關,而在某一范圍內。假如兩條信號都收到同樣的(同向、等幅度)的干擾信號,由于接收端是對接收的兩條線信號進行減法處理,因此干擾信號會被基本抵消。也就是說,一個差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏,但是它卻能夠對一個高達幾伏特的共模信號無動于衷。優點三,差分對內每根信號都有自己的返回路徑,能夠減輕信號跨分割帶來的影響。單線跨分割對傳輸線的影響很大,差分線對跨分割就不是那么敏感,主要原因就是,差分對兩線可以互為參考,兩根線可以相互作為返回路徑。四、差分信號在做pcb設計時的處理方法
      一般我們在做PCB設計時,習慣的硬件命名上,會在差分信號的信號名尾部加“+”和“-”或者“P”和“N”作為標識,大家可以通過命名來識別差分信號。常規的差分信號處理方法是:
      1、 差分信號走線要耦合處理,就是2根信號線在PCB設計時是緊挨著的,不允許分開走線,

        2、一對差分信號的2根信號線之間需要做等長處理,等長范圍為5mil,等長不需要做到更小,有仿真驗證,等長范圍做到5mil以下(1mil)并不能對信號質量有很大提升。等長處理的位置選擇在產生長度誤差的地方,等長需要做小波浪處理。
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