10差分信號(hào)線的對(duì)稱

（一）在差分傳輸中，所有信息都由差分信號(hào)來(lái)傳送。保證差分信號(hào)質(zhì)量很關(guān)鍵。以下原則需要執(zhí)行

1. 使用可控差分阻抗。

2. 使差分對(duì)的突變最小化。

3. 在負(fù)載端端接差分信號(hào)。

（二）信號(hào)線間的不對(duì)稱會(huì)引起差分信號(hào)的失真。兩根信號(hào)線長(zhǎng)度不同帶來(lái)的時(shí)延差，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位。為了保證數(shù)據(jù)沒(méi)有錯(cuò)位，經(jīng)驗(yàn)是：兩信號(hào)線長(zhǎng)度差小于信號(hào)上升時(shí)間移動(dòng)距離的20%，即：

△L=Tr * v *20%

△L是差分線對(duì)中兩根線的線長(zhǎng)最大差值。Tr是信號(hào)上升時(shí)間，v是信號(hào)在PCB上的傳輸速度。

例如：通常FR4 PCB上的信號(hào)速度是6in/ns，如果某信號(hào)上升時(shí)間是100ps，那么兩根信號(hào)線長(zhǎng)的最大差距是6*0.1*0.2=0.12in。

隨著信號(hào)上升時(shí)間越來(lái)越快，兩信號(hào)線長(zhǎng)差值可以容忍的值越來(lái)越短。

（三）兩根線的不對(duì)稱也會(huì)引起信號(hào)失真。例如一根信號(hào)線上有測(cè)試焊盤，另一根沒(méi)有。前一根的測(cè)試焊盤會(huì)帶來(lái)一個(gè)容性負(fù)載，導(dǎo)致在接收端，兩根信號(hào)有時(shí)延差，進(jìn)而導(dǎo)致差分信號(hào)失真。

（四）差分線的任何不對(duì)稱因素都會(huì)使差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成共模信號(hào)，造成EMI問(wèn)題。

如下圖是一對(duì)差分信號(hào)。差分信號(hào)質(zhì)量還可以，共模信號(hào)就不怎么好了。

11共模信號(hào)和EMI問(wèn)題

在很多車載多媒體產(chǎn)品中，Head unit將視頻信號(hào)通過(guò)FPD-LINK（一種差分信號(hào)）傳輸?shù)斤@示屏，物理媒介是雙絞線。信號(hào)首先從PCB板的芯片管腳輸出到板端連接器，而后通過(guò)插入連接器的雙絞線連接到顯示屏。雙絞線上傳輸?shù)男盘?hào)包括差分信號(hào)和共模信號(hào)。差分信號(hào)是有用信號(hào)，雙絞線對(duì)差分信號(hào)的電磁能量輻射比較小。但電纜中共模信號(hào)會(huì)輻射電磁能量，產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

在PCB板上共模信號(hào)通過(guò)相鄰的返回平面返回。但是當(dāng)信號(hào)從PCB板上切換到無(wú)屏蔽雙絞線時(shí)，它怎么返回呢？當(dāng)共模信號(hào)在雙絞線上傳播時(shí)，返回電流通過(guò)雙絞線和與之最近導(dǎo)體間的雜散電容，進(jìn)行耦合。這個(gè)返回電流（共模電流）會(huì)產(chǎn)生輻射。我的理解，下圖中那個(gè)平面有點(diǎn)像EMC暗室中的大銅面。

總之無(wú)屏蔽雙絞線中的共模電流很容易產(chǎn)生輻射。有幾種辦法可以減小無(wú)屏蔽雙絞線中共模電流的輻射

方法一：將差分對(duì)之間的不對(duì)稱降到最低，使共模信號(hào)幅度最小。這是在源端解決問(wèn)題。

方法二：使用屏蔽雙絞線，用屏蔽層做共模信號(hào)的返回路徑。將屏蔽層和主機(jī)的外殼相連。在這種結(jié)構(gòu)中，不會(huì)出現(xiàn)外部電場(chǎng)和磁場(chǎng)，共模電流不會(huì)向外輻射。

方法三：在信號(hào)路徑中添加共模信號(hào)扼流線圈，來(lái)增大共模電流路徑的阻抗。有兩種形式的共模信號(hào)扼流線圈。

①鐵氧體材料圓柱體。鐵氧體的高磁導(dǎo)率會(huì)增加流過(guò)鐵氧體凈電流的電感和阻抗。由于差分對(duì)的兩條信號(hào)線中的電流大小相同方向相反，所以差分電流的外部電場(chǎng)和磁場(chǎng)大部分相互抵消。而共模電流流過(guò)鐵氧體，并且返回電流在鐵氧體外部，此時(shí)閉合的磁力線穿過(guò)鐵氧體。磁力線會(huì)感受到一個(gè)高阻抗，由此減小共模電流，從而減小輻射。這一類圓柱體可以用在任何電纜上，不單單是雙絞線中。

②共模電感。此類元件主要用于雙絞線中。它在不影響差分阻抗的同時(shí)，顯著得增加共模阻抗。差分信號(hào)幾乎不受線圈影響。

12差分對(duì)的串?dāng)_

如果有一根動(dòng)態(tài)線在一對(duì)差分線旁邊，受到動(dòng)態(tài)線的干擾，差分對(duì)的兩根信號(hào)線上都會(huì)有串?dāng)_耦合噪聲。串?dāng)_耦合噪聲的極性相同，幅度不一樣。差分對(duì)里距離動(dòng)態(tài)線較近的那根差分線上耦合噪聲更大。

動(dòng)態(tài)線距離差分線越遠(yuǎn)，耦合噪聲越小。差分線的兩根信號(hào)線耦合度越大（LINE+和LINE-距離越近），兩根信號(hào)線上的耦合噪聲越趨于相等，差分噪聲越小。不過(guò)雖然緊密耦合會(huì)減小差分噪聲，但是會(huì)增加共模噪聲。

如果上圖中的動(dòng)態(tài)線不是一根單端信號(hào)線，而是另一對(duì)差分動(dòng)態(tài)線。后者造成的耦合差分噪聲要稍小于前者（單端信號(hào)線）造成的差分耦合噪聲。

13返回路徑的間隙

在PCB設(shè)計(jì)中，有時(shí)候返回平面會(huì)有間隙，例如用電源平面做參考層時(shí)。單端信號(hào)在此間隙處，會(huì)遇到一個(gè)很大的阻抗變化。一種辦法是在間隙兩端用一個(gè)低電感性的電容跨接，從而為返回電流找一個(gè)低電阻路徑，不過(guò)在高頻信號(hào)時(shí)效果不怎么好。

另一個(gè)辦法是用差分信號(hào)代替單端信號(hào)來(lái)跨越這個(gè)間隙。為什么呢？在之前的文章《信號(hào)完整性之差分信號(hào)（二）》提到過(guò)，當(dāng)返回平面和差分信號(hào)之間的距離≥差分信號(hào)線之間的距離時(shí)，差分阻抗的大小和返回平面無(wú)關(guān)了，此時(shí)返回平面就好像不存在一樣。

14緊密耦合和非緊密耦合

無(wú)論緊密耦合，還是非緊密耦合，都可以傳輸差分信號(hào)。

對(duì)非緊密耦合，它的優(yōu)點(diǎn)是差分阻抗僅僅取決于每根單端信號(hào)線的阻抗，與差分信號(hào)線間距無(wú)關(guān)。這減小了信號(hào)線走線的限制，差分對(duì)中的兩條信號(hào)線，只要長(zhǎng)度匹配，就可以沿著各自獨(dú)立的路徑繞線。同時(shí)它受動(dòng)態(tài)線影響，造成的共模噪聲要小，不過(guò)和緊密耦合比較，小不了太多（不到20%）。

緊密耦合的優(yōu)點(diǎn)是，兩條走線靠近，PCB互連密度高，占用PCB面積小。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是差分噪聲小。第三點(diǎn)是非理想的返回路徑（上述返回路徑間隙）中差分阻抗突變將有所減弱。

綜合考慮，絕大多數(shù)應(yīng)用中，緊密耦合比非緊密耦合更合適。