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標題: 差分蛇形線在電路板中的用法與作用(共12頁word) [打印本頁]

作者: 崔劍鋒2012 時間: 2017-7-27 22:02
標題: 差分蛇形線在電路板中的用法與作用(共12頁word)
1．差分走線
      差分信號（Differential Signal）在高速電路設計中的應用越來越廣泛，電路中最關鍵的信號往往都要采用差分結構設計，什么另它這么倍受青睞呢？在PCB設計中又如何能保證其良好的性能呢？帶著這兩個問題，我們進行下一部分的討論。何為差分信號？通俗地說，就是驅動端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。
差分線怎么布才是嚴格的等長？我怎么樣測試兩相的長度是等長度呢？還是我大致讓他們平行走線，只是盡量可能的等長，而不是很精確的等長？既然延遲差允許1/4的時鐘誤差是不是其長度也可以滿足兩相的長度差存在1/4的誤差或者是更少的誤差（1/4的誤差太大了，平行著走線，怎么走也差不了那么多哦呵呵：））
      差分信號和普通的單端信號走線相比，最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三個方面：
      a.抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。
      b.能有效抑制 EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。
      c.時序定位精確，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號技術。
      對于PCB工程師來說，最關注的還是如何確保在實際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢。也許只要是接觸過Layout的人都會了解差分走線的一般要求，那就是“等長、等距”。等長是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性，減少共模分量；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射。“盡量靠近原則”有時候也是差分走線的要求之一。但所有這些規(guī)則都不是用來生搬硬套的，不少工程師似乎還不了解高速差分信號傳輸?shù)谋举|。下面重點討論一下PCB差分信號設計中幾個常見的誤區(qū)。
誤區(qū)一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。造成這種誤區(qū)的原因是被表面現(xiàn)象迷惑，或者對高速信號傳輸?shù)臋C理認識還不夠深入。
   誤區(qū)二：認為保持等間距比匹配線長更重要。在實際的PCB布線中，往往不能同時滿足差分設計的要求。由于管腳分布，過孔，以及走線空間等因素存在，必須通過適當?shù)睦@線才能達到線長匹配的目的，但帶來的結果必然是差分對的部分區(qū)域無法平行，這時候我們該如何取舍呢？
   2．蛇形線
      蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調節(jié)延時，滿足系統(tǒng)時序設計要求。設計者首先要有這樣的認識：蛇形線會破壞信號質量，改變傳輸延時，布線時要盡量避免使用。但實際設計中，為了保證信號有足夠的保持時間，或者減小同組信號之間的時間偏移，往往不得不故意進行繞線。
很明顯，信號在蛇形走線上傳輸時，相互平行的線段之間會發(fā)生耦合，耦合程度也越大。可能會導致傳輸延時減小，以及由于串擾而大大降低信號的質量。
下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議：
1．盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應。
2．減小耦合長度Lp，當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時，產(chǎn)生的串擾將達到飽和。
3．帶狀線（Strip-Line）或者埋式微帶線（Embedded Micro-strip）的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶走線（Micro-strip）。理論上，帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。
4．高速以及對時序要求較為嚴格的信號線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。
5．可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線，如圖1-8-20中的C結構，能有效的減少相互間的耦合。
6．高速PCB 設計中，蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號質量，所以只作時序匹配之用而無其它目的。
7．有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。

近來我發(fā)現(xiàn)樹莓派的芯片周圍有各種各樣的蛇形走線，感覺好奇怪，特意請教了高手分析一下。大家請指教！
我（我代表作者）認為主要牽涉到兩個方便的問題：

1.差分線，就是題主發(fā)的圖片中電路板上特別接近的兩根線，總是一對一對的出現(xiàn)。

2.蛇形走線，就是圖中彎彎曲曲的電路線。

不管是差分走線還是蛇形走線其實都是為了保證電路設計中很重要的一個東西——信號完整性。什么是信號完整性呢？下面是維基百科給的一個解釋：

完整的word格式文檔51黑下載地址（共12頁）：

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