【導讀】“眾人拾柴火焰高” ——資源整合通常會帶來更好的結果。畢竟 “三個臭皮匠，頂個諸葛亮”
，在電子領域也是如此：較之單一的走線，差分對布線更受青睞。

本文要點

●PCB 差分對的基礎知識。

●差分對布線指南，實現更好的布線設計。

●高效利用 PCB 設計工具。

“眾人拾柴火焰高” ——資源整合通常會帶來更好的結果。畢竟 “三個臭皮匠，頂個諸葛亮”
，在電子領域也是如此：較之單一的走線
，差分對布線更受青睞。

不bu過guo，差cha分fen對dui布bu線xian可ke能neng沒mei那na麼me容rong易yi，因yin為wei它ta們men必bi須xu遵zun循xun特te定ding的de規gui則ze，這zhe樣yang才cai能neng確que保bao信xin號hao的de性xing能neng。這zhe些xie規gui則ze決jue定ding了le一yi些xie細xi節jie
，如ru差cha分fen對dui的de走zou線xian寬kuan度du和he間jian距ju
，以yi及ji許xu多duo其qi他ta方fang麵mian

，如ru導dao線xian如ru何he在zai電dian路lu板ban上shang一yi起qi布bu線xian。如ru果guo使shi用yong了le大da量liang的de差cha分fen對dui，即ji使shi設she計ji師shi已yi經jing為wei每mei個ge信xin號hao布bu設she了le兩liang條tiao單dan獨du的de走zou線xian，也ye會hui對dui電dian路lu板ban其qi他ta部bu分fen的de布bu線xian產chan生sheng很hen大da的de影ying響xiang。本ben文wen將jiang詳xiang細xi介jie紹shao差cha分fen對dui的de布bu線xian和he一yi些xie需xu要yao注zhu意yi的de潛qian在zai問wen題ti。

1. PCB 差分對的基礎知識

在開始了解差分對布線的潛在困難和解決方案之前
，先回顧一下基礎知識。有過 PCB layout 經(jing)驗(yan)的(de)人(ren)一(yi)定(ding)熟(shu)悉(xi)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)。單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)是(shi)指(zhi)在(zai)一(yi)條(tiao)走(zou)線(xian)上(shang)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)
，然(ran)後(hou)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)共(gong)同(tong)的(de)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)的(de)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)。當(dang)我(wo)們(men)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)布(bu)線(xian)時(shi)，接(jie)地(di)平(ping)麵(mian)是(shi)信(xin)號(hao)的(de)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)，這(zhe)就(jiu)是(shi)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)。大(da)多(duo)數(shu) PCB 網絡都是這樣布線的。

然而，這種布線方式有一個問題：隨著傳輸線速度提高，單端信號可能會受到一些問題的影響
，包括串擾噪音和電磁幹擾 (EMI)。此時，差分信號就派上了用場。

差cha分fen信xin號hao使shi用yong兩liang個ge互hu補bu的de信xin號hao來lai傳chuan輸shu一yi個ge數shu據ju信xin號hao，但dan第di二er個ge信xin號hao與yu第di一yi個ge信xin號hao的de相xiang位wei相xiang反fan。信xin號hao接jie收shou器qi使shi用yong反fan相xiang和he同tong相xiang信xin號hao之zhi間jian的de差cha異yi來lai破po譯yi信xin息xi。使shi用yong差cha分fen對dui布bu線xian傳chuan輸shu信xin號hao有you一yi些xie重zhong要yao的de好hao處chu
，首shou先xian是shi能neng減jian少shao噪zao音yin和he EMI：

●傳(chuan)入(ru)的(de)幹(gan)擾(rao)將(jiang)被(bei)均(jun)等(deng)地(di)添(tian)加(jia)到(dao)反(fan)相(xiang)和(he)同(tong)相(xiang)的(de)信(xin)號(hao)中(zhong)。由(you)於(yu)接(jie)收(shou)器(qi)是(shi)對(dui)兩(liang)個(ge)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)異(yi)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)，無(wu)論(lun)是(shi)否(fou)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)
，影(ying)響(xiang)都(dou)是(shi)最(zui)小(xiao)的(de)。與(yu)影(ying)響(xiang)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)的(de)幹(gan)擾(rao)相(xiang)比(bi)
，這(zhe)樣(yang)的(de)性(xing)能(neng)要(yao)好(hao)得(de)多(duo)。

●差分對的電磁場大小相等，但極性相反，因此來自兩條走線的幹擾通常可以相互抵消。

印刷電路板上的差分對布線

與單端信號相比
，差分對還有一個優勢，那就是它們可以在較低的電壓下工作。單條走線必須在較高的電壓下工作，以確保其信噪比 (SNR) 足以抵禦任何傳入的噪聲。差分對對噪聲的抗幹擾能力更強，因此需要的電壓更低


，這提供了一些額外的好處：

●所需的電壓更低意味著功耗也更低。

●信號的電壓轉換將更小，有助於確保電路板的電源完整性。

●在較低的信號電壓下可以使用較高的工作頻率。

●電壓越低，輻射的 EMI 就越少。

如上所述，在電路板上使用差分信號有諸多好處，但也要付出一些代價。

2. PCB layout 中與差分對相關的問題

rushangwensuoshu
，shiyongchafenduibuxianyouzhuduohaochu
，danyeyouyixiequedian。diyigeyeshizuimingxiandewentishi
，bixuweimeigexinhaobusheliangtiaozouxian。zhebujinshidianlubanshangdebuxianliangzengjialeyibei，erqieyouyuchafenduiyouewaideguize，haihuizhanyonggengduodekongjian。womenlaikankanshejishizaijinxingchafenduibuxianshibudebumianduideyixienanti。

差分對中兩條走線的長度必須相等

差分對的一大優勢是
，通過兩個極性相反的均等信號來代表信號

，可以消除噪聲和 EMI。但如果線路的長度不相等，這種平衡就會遭到破壞，並可能反過來產生共模噪聲和嚴重的 EMI 問題。如果線路的長度不一致，信號的上升和下降時間越長，問題就會越嚴重。

差分對走線的寬度和間距必須始終保持一致

zouxiankaodeyuejin
，chafenduizhijiandeouhexingjiuyuehao。raner，dangzouxiandejianjufashengbianhuashi，chafenzukangyehuifashengbianhua

，congerdaozhizukangbupipeiyijiewaideqianzaizaoshenghe EMI。

為了避免這種情況，差分對必須一起布線，並且寬度要相同，當在電路板上的障礙物（如過孔或較小的器件）周圍進行布線時，這可能是個難題。

示例：不在障礙物周圍進行差分對布線

為了讓差分對布線發揮最佳性能
，要遵循一些基本規則

，接下來將一一討論。

3. 差分對布線指南

為了在電路板上獲得最佳的信號性能和完整性，以下是 PCB 設計師需要注意的一些差分對布線規則：

差分對需要一起布線

對於布線團隊來說

，差分對的兩條走線需要清楚地標記為差分對

，以便在信號的整個長度上一起布線。

●ruguokenengdehua，jinliangbimianshiyongguokong。ruguobixuyaoshiyong
，yinggaiduichengbaifangyiduiguokong。jinliangshiguokongkaodehenjin
，tamenxiangduiyubuxianhanpandeweizhiyinggaishijundengde。

●最好使用內層布線，以盡量減少串擾，但這意味著使用過孔過渡到各層。

●確保差分對與其他走線彼此分離。通常，間隔距離應為正常走線寬度間距的三倍。

●如果可能的話
，考慮在相鄰的信號層上進行側麵差分對布線。這將帶來更高的布線密度和更好的串擾控製。

兩條走線之間的布線保持對稱

成功的差分對布線應該使兩條線路之間形成鏡像。要做到這一點
，在布線時要考慮：

●規劃布線方式
，避免障礙物，如過孔或無源器件

，以保持差分對的對稱性（如上圖所示）。

●規劃焊盤入口和出口的布線，使走線之間盡可能形成鏡像。

●在走線的整個長度上使用相同的走線寬度。

●差分對走線之間的間距保持一致。

●差分對走線的長度保持一致

如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)，差(cha)分(fen)對(dui)走(zou)線(xian)的(de)長(chang)度(du)必(bi)須(xu)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)。為(wei)此(ci)，可(ke)以(yi)在(zai)較(jiao)短(duan)的(de)那(na)條(tiao)線(xian)路(lu)上(shang)添(tian)加(jia)蛇(she)形(xing)走(zou)線(xian)
，使(shi)兩(liang)者(zhe)長(chang)度(du)相(xiang)等(deng)。雖(sui)然(ran)這(zhe)將(jiang)稍(shao)微(wei)改(gai)變(bian)線(xian)路(lu)的(de)對(dui)稱(cheng)性(xing)，但(dan)長(chang)度(du)相(xiang)等(deng)更(geng)加(jia)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)長(chang)度(du)不(bu)均(jun)等(deng)是(shi)由(you)於(yu)焊(han)盤(pan)位(wei)置(zhi)不(bu)對(dui)稱(cheng)，可(ke)試(shi)著(zhe)在(zai)線(xian)路(lu)的(de)這(zhe)個(ge)區(qu)域(yu)添(tian)加(jia)蛇(she)形(xing)走(zou)線(xian)。

雖然在進行差分對布線時需要關注很多問題，但 PCB 設計 CAD 工具通常有很多功能
，可以幫助我們配置差分對布線的方式。

Cadence Allegro PCB Designer 約束管理器中的差分對布線規則

使用PCB CAD 工具進行差分對布線

曾幾何時，PCB layout 設計師隻能手動進行差分對布線。他們需要花費大量精力來確保線路保持對稱，而在布線之後再修改走線堪稱一場噩夢。現在
， Cadence Allegro PCB Designer 這zhe樣yang的de工gong具ju提ti供gong了le自zi動dong的de差cha分fen對dui布bu線xian功gong能neng，在zai布bu線xian時shi可ke以yi輕qing鬆song確que保bao差cha分fen對dui之zhi間jian保bao持chi適shi當dang的de寬kuan度du和he間jian距ju。此ci外wai，還hai可ke以yi添tian加jia規gui則ze和he約yue束shu，以yi管guan理li差cha分fen對dui的de各ge個ge方fang麵mian。

在上圖中可以看到，Cadence 的 PCB layout 工具中使用 Constraint Manager 來lai管guan理li包bao括kuo差cha分fen對dui在zai內nei的de不bu同tong設she計ji規gui則ze。其qi中zhong包bao括kuo走zou線xian的de寬kuan度du和he間jian距ju


，允yun許xu走zou線xian蜿wan蜒yan的de長chang度du，以yi及ji布bu線xian圖tu，包bao括kuo焊han盤pan的de入ru口kou和he出chu口kou。借jie助zhu這zhe一yi工gong具ju
，我wo們men可ke以yi為wei差cha分fen對dui輸shu入ru所suo有you相xiang關guan的de規gui則ze，確que保bao它ta們men符fu合he具ju體ti的de電dian路lu需xu求qiu。

（文章來源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心）

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