pcb layout初学者如何理解差分信号

差分线分析与LAYOUT

实际运用中差分信号线的分析和LAYOUT随着近几年对速率的要求快速提高，新的总线协议不断的提出更高的速率。

传统的总线协议已经不能够满足要求了。

串行总线由于更好的抗干扰性，和更少的信号线，更高的速率获得了众多设计者的青睐。

而串行总线又尤以差分信号的方式为最多。

所以在这篇中整理了些有关差分信号线的设计和大家探讨下。

关键字：差分信号线，LVDS，眼图，LAYOUT。

1.差分信号线的原理和优缺点差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进行下一部分的讨论。

何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。

而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。

差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，如图在A-A‘的电流是从右到左，那B-B‘的是从左到右，那么按右手螺旋定则，那他们的磁力线是互相抵消的。

耦合的越紧密，互相抵消的磁力线就越多。

泄放到外界的电磁能量越少。

c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。

2.差分信号的一个实例：LVDSLVDS（Low Voltage Differential Signaling)是一种低摆幅的电流型差分信号技术，它使得信号能在差分PCB 线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。

什么是差分信号-差分信号传输原理

什么是差分信号?差分信号传输原理差分信号只是使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差进行判决的电路，既可以是模拟信号，也可以是数字信号。

实际的信号都是模拟信号，数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。

因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。

一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。

从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

在某些系统里，系统“地”(GND)被用作电压基准点。

当“地”当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。

我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

VDS不是传输速率快，是抗干扰能力强。

有信号时，一棵线电压+V，另一棵线电压-V，接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V。

外界的干扰信号在两棵线中山上的是同样幅度和极性的+v信号，在接收端差值的过程中互相抵消了。

由于抗干扰能力强，数字信号不易出错，可以避免因校验出错引起的重发，从这个意义上说差分信号传输速率。

差分的概念在《模拟电路》课程里已经学习过了。

差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号，差分信号用于传输有用的信号。

共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号，共模信号往往来自于外部干扰。

差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。

差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用，而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。

差分传输的信号能够对外部干扰能够起到很强的抗干扰能力。

原始的输入信号经过倒相器和缓冲器之后形成一对大小相等而极性相反的差分信号。

对模拟信号，倒相器可以用运算放大器的反相比例放大电路来实现，缓冲器可以用运算放大器的同相跟随电路来实现。

对数字信号，可以分别用“非门”逻辑和同相缓冲器来实现。

差分信号在PCB(印制线路板)上被安排成“密近平行线”(PCB布线要领!)，用电缆连接两台设备时则采用并行排线或双绞线。

在差分信号传输过程中会遇到外部干扰信号，但是，由于两根差分信号线始终在一起，因此干扰信号一般都会同时作用在两根信号线上，形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号。

PCB layout之USB差分走线布线经验教训

PCB layout 之USB 差分走线布线经验教训前言
USB 是一种快速、双向、同步传输、廉价、方便使用的可热拔插的串行
接口。

由于数据传输快，接口方便，支持热插拔等优点使USB 设备得到广泛应用。

目前，市场上以USB2.0 为接口的产品居多，但很多硬件新手在USB 应用中遇到很多困扰，往往PCB 装配完之后USB 接口出现各种问题。

比如通讯不稳定或是无法通讯，检查原理图和焊接都无问题，或许这个时候就需怀疑PCB 设计不合理。

绘制满足USB2.0 数据传输要求的PCB 对产品的性能及可靠性有着极为重要的作用。

USB 协议定义由两根差分信号线（D+、D-）传输数字信号，若要USB 设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。

根据笔
者多年USB 相关产品设计与调试经验，总结以下注意要点：
1 在元件布局时，尽量使差分线路最短，以缩短差分线走线距离（√为合
理的方式，×为不合理方式）；。

什么叫差分信号？详解差分信号

什么叫差分信号？详解差分信号一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。

从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。

当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。

我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。

信号值是两个导体间的电压差。

尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。

我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。

继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。

0 表示两个人都是同一水平。

图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+图2 差分对围绕摆动的平均电压设置成 2.5V。

当该对的每个信号都限制成 0-5V 振幅时，偏移该差分对会提供一个信号摆动的最大范围。

当用单一 5V 电源操作时，经常就会出现这种情况。

当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。

那幺差分信号提供了什幺样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢?差分信号的第一个好处是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。

在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。

信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。

从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。

差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。

差分信号线定义及布线

电路板设计中差分信号线布线的优点和布线策略布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合，这种互相之间的耦合会减小EMI发射，差分信号线的主要缺点是增加了PCB的面积，本文介绍电路板设计过程中采用差分信号线布线的布线策略。

众所周知，信号存在沿信号线或者PCB线下面传输的特性，即便我们可能并不熟悉单端模式布线策略，单端这个术语将信号的这种传输特性与差模和共模种信号传输方式区别开来，后面这两种信号传输方式通常更为复杂。

差分和共模方式差模信号通过一对信号线来传输。

一个信号线上传输我们通常所理解的信号；另一个信号线上则传输一个等值而方向相反(至少在理论上是这样)的信号。

差分和单端模式最初出现时差异不大，因为所有的信号都存在回路。

单端模式的信号通常经由一个零电压的电路(或者称为地)来返回。

差分信号中的每一个信号都要通过地电路来返回。

由于每一个信号对实际上是等值而反向的，所以返回电路就简单地互相抵消了，因此在零电压或者是地电路上就不会出现差分信号返回的成分。

共模方式是指信号出现在一个(差分)信号线对的两个信号线上，或者是同时出现在单端信号线和地上。

对这个概念的理解并不直观，因为很难想象如何产生这样的信号。

这主要是因为通常我们并不生成共模信号的缘故。

共模信号绝大多数都是根据假想情况在电路中产生或者由邻近的或外界的信号源耦合进来的噪声信号。

共模信号几乎总是“有害的”，许多设计规则就是专为预防共模信号出现而设计的。

差分信号线的布线通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号，所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线，特别是设计传输线1这样的信号线时更是如此。

这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线，以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数。

在差分线对的布局布线过程中，我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致。

这就意味着，在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一样的阻抗并且布线的长度也完全一致。

PCB layout之USB差分走线布线经验教训

PCB layout之USB差分走线布线经验教训USB是一种快速、双向、同步传输、廉价、方便使用的可热拔插的串行接口。

由于数据传输快，接口方便，支持热插拔等优点使USB设备得到广泛应用。

目前，市场上以USB2.0为接口的产品居多，但很多硬件新手在USB应用中遇到很多困扰，往往PCB装配完之后USB接口出现各种问题比如通讯不稳定或是无法通讯，检查原理图和焊接都无问题，或许这个时候就需怀疑PCB设计不合理。

绘制满足USB2.0数据传输要求的PCB对产品的性能及可靠性有着极为重要的作用。

USB协议定义由两根差分信号线（D+、D-）传输数字信号，若要USB设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。

根据笔者多年USB相关产品设计与调试经验，总结以下注意要点：1. 在元件布局时，尽量使差分线路最短，以缩短差分线走线距离（√为合理的方式，×为不合理方式）；2. 优先绘制差分线，一对差分线上尽量不要超过两对过孔（过孔会增加线路的寄生电感，从而影响线路的信号完整性），且需对称放置（√为合理的方式，×为不合理方式）；3. 对称平行走线，这样能保证两根线紧耦合，避免90°走线，弧形或45°均是较好的走线方式（√为合理的方式，×为不合理方式）；4. 差分串接阻容，测试点，上下拉电阻的摆放（√为合理的方式，×为不合理方式）；5. 由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，而线长一旦不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。

所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里；6. 为了减少串扰，在空间允许的情况下，其他信号网络及地离差分线的间距至少20mil(20mil是经验值)，覆地与差分线的距离过近将对差分线的阻抗产生影响；7. USB的输出电流是500mA，需注意VBUS及GND的线宽，若采用的1Oz的铜箔，线宽大于20mil即可满足载流要求，当然线宽越宽电源的完整性越好。

解密PCB设计中如何获得最佳差分信号结果

解密PCB设计中如何获得最佳差分信号结果在高速数字电路设计过程中，工程师采取了各种措施来解决信号完整性问题，利用差分线传输高速数字信号的方法就是其中之一。

在PCB中的差分线是耦合带状线或耦合微带线，信号在上面传输时是奇模传输方式，因此差分信号具有抗干扰性强，易匹配等优点。

随着人们对数字电路的信息传输速率要求的提高，信号的差分传输方式得到越来越广泛的应用。

差分线对的工作原理是使接收到的信号等于两个互补并且彼此互为参考的信号之间的差值，因此可以极大地降低信号的电气噪声效应。

而单端信号的工作原理是接收信号等于信号与电源或地之间的差值，因此信号或电源系统上的噪声不能被有效抵消。

这就是差分信号对高速信号如此有效的原因，也是它用于快速串行总线和双倍数据率存储器的原因。

在差分线对中，正负两边都必须始终在相同的环境下沿着传输路径传送。

正负两边必须紧靠在一起，以使正负信号经由这些信号上相应点的电磁场而彼此耦合。

差分线对是对称的，因此它们的环境也必须对称。

当然，完美的对称是不可能实现的，因为至少存在着尺寸公差。

但设计师如果遵循一些基本规则还是可以获得接近理想的最佳差分信号结果。

解决建议确保信号同一时间出现在每条线路的同一点上。

要使走线的各段等长，如图中相同的字母表示的那样。

如果差分线对带有串联端接电阻或共模滤波器，那么这些器件到差分驱动器正负两端引脚的连接距离应该是相等的。

最好按点到点布线，在任何情况下都要让分支线或支路 (图中的C)保持在0.6Tr英寸以内，这里Tr指驱动器输出上升时间。

图中的A和E要尽可能使用相同的长度限制规则。

采用现场解决工具(field solver)设计走线间隔，这样可以方便地获得偶模和奇模阻抗值。

50欧姆的电路板并不意味着偶模、奇模或差分特征阻抗也是50欧姆。

如果为了终止某个差分信号而将它端接到地或参考电压，就应考虑应害噪声着杂环境的影响被奇模阻抗。

还应考虑端接偶模或共模(偶模值的一半)以终止有害噪声。

差分信号的分析与LAYOUT

1. 差分信号:驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。

2. 差分信号的优点：a 抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

b 能有效抑制EMI,由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，按右手螺旋定则，那他们的磁力线是互相抵消的。

耦合的越紧密，互相抵消的磁力线就越多。

泄放到外界的电磁能量越少。

c 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

3. 差分信号的布线要求：一是两条线的长度要尽量一样长，等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性，减少共模分量。

另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变，也就是要保持平行。

平行的方式有两种，一为两条线走在同一走线层,一为两条线走在上下相邻两层.一般以前者实现的方式较多。

等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致，减少反射。

对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行。

否则会影响信号的完整性。

4. PCB设计中，差分信号线布线的几个误区：a 认为差分信号不需要地平面作为回流路径，或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。

差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。

地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径，其实在信号回流分析上，差分走线和普通的单端走线的机理是一致的，即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流，最大的区别在于差分地的耦合之外，还存在相互之间的耦合，哪一种耦合强，那一种就成为主要的回流通路。

在PCB 电路设计中，一般差分走线之间的耦合较小，更多的还是对地的耦合，所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。

差分信号

当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。那么差分信号提供了什么样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢?
差分信号的第一个特点是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。
差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。
另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。
到了接收端，差分放大器只对差分信号（有用信号）敏感，而对共模信号（干扰信号）形成抑制。这样，差分传输的信号就具备了很强的抗干扰能力，因此特别适用于中远距离通信或高速通信。相比之下，UART的两根信号线TXD和RXD就不适合于远距离通信，因为不是差分信号，所以一旦遇到外部干扰，信号就会严重畸变，在接收端因无法区分有用信号的和干扰信号而会形成大量的误码。

PCB设计中的严格差分信号传输要求

PCB设计中的严格差分信号传输要求在PCB设计中，严格差分信号传输要求是一项至关重要的技术要求。

差分信号传输是一种高速数字信号传输技术，它通过同时传输正向信号和反向信号来减少传输线上的干扰和噪声，从而提高信号质量和抗干扰能力。

在高速数字系统中，严格差分信号传输是保证系统性能稳定可靠的关键因素。

在PCB设计中，遵循严格的差分信号传输要求可以有效地减少信号失真、串扰和时延不匹配等问题，提高系统的传输质量和可靠性。

以下是在PCB设计中实现严格差分信号传输要求的一些关键注意事项：1. 差分信号线对的布线：在PCB布线中，严格差分信号传输要求差分信号线对的长度要保持一致，避免出现过长或过短的情况。

差分信号线对的宽度、间距和层间距等参数也需要严格匹配，以确保在传输过程中正反向信号能够保持一致性。

2. 信号线对的阻抗匹配：差分信号线对的阻抗匹配是保证信号传输质量的关键因素。

在PCB设计中，需要使用合适的介质常数和线宽等参数来确保差分信号线对的阻抗匹配。

通常可以通过布置地、终端匹配等方式来实现差分信号线对的阻抗匹配。

3. 差分信号线对的走线规则：在PCB布线中，差分信号线对的走线规则也是至关重要的。

差分信号线对需要尽量避免交叉、并行和分叉走线，以减少信号串扰和信号失真的可能性。

通常可以采用Z型走线或S型走线等方式来布线，以提高信号传输质量。

4. 差分信号线对的屏蔽和地界面处理：为了进一步提高差分信号传输的性能，可以在PCB设计中加入屏蔽层或者地界面层来保护差分信号线对不受外部干扰。

可以在PCB板的内层或者外层加入铜箔屏蔽层，或者在差分信号线对周围布置地界面层来提高信号的抗干扰能力。

总的来说，在PCB设计中实现严格的差分信号传输要求需要综合考虑布线规则、阻抗匹配、走线规则和屏蔽等因素，通过合理的设计和布线来保证差分信号传输质量和稳定性。

只有严格遵循差分信号传输要求，才能确保高速数字系统的性能和可靠性。

差分信号PCB规则

什么是差分信号？一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。

从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。

当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。

我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。

信号值是两个导体间的电压差。

尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。

我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。

继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。

0 表示两个人都是同一水平。

图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+<V-时，信号定义成负极信号。

图2 差分信号波形和单端等价图2 差分对围绕摆动的平均电压设置成2.5V。

当该对的每个信号都限制成0-5V 振幅时，偏移该差分对会提供一个信号摆动的最大范围。

当用单一5V 电源操作时，经常就会出现这种情况。

当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。

那么差分信号提供了什么样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？差分信号的第一个好处是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。

在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。

信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。

从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。

差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。

什么叫差分信号差分信号详解

什么叫差分信号?差分信号详解什么叫差分信号?差分信号详解一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。

从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。

当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。

我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。

信号值是两个导体间的电压差。

尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。

我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。

继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。

0 表示两个人都是同一水平。

图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+<V-时，信号定义成负极信号。

图2 差分对围绕摆动的平均电压设置成 2.5V。

当该对的每个信号都限制成0-5V 振幅时，偏移该差分对会提供一个信号摆动的最大范围。

当用单一5V 电源操作时，经常就会出现这种情况。

当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。

那幺差分信号提供了什幺样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？差分信号的第一个好处是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。

在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。

信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。

从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。

PCB设计中的差分线

PCB设计中的差分线在高速数字电路设计过程中，工程师采取了各种措施来解决信号完整性问题，利用差分线传输高速数字信号的方法就是其中之一。

在PCB中的差分线是耦合带状线或耦合微带线，信号在上面传输时是奇模传输方式，因此差分信号具有抗干扰性强，易匹配等优点。

随着人们对数字电路的信息传输速率要求的提高，信号的差分传输方式必将得到越来越广泛的应用。

1用差分线传输数字信号如何在高速系统设计中考虑信号完整性的因素，并采取有效的控制措施，已成为当今国内外系统设计工程师和PCB设计业界的一个热门课题。

利用差分线传输数字信号就是高速数字电路中控制破坏信号完整性因素的一项有效措施。

在印刷电路板上的差分线，等效于工作在准TEM模的差分的微波集成传输线对，其中，位于PCB 顶层或底层的差分线等效于耦合微带线；位于多层PCB的内层的差分线，正负两路信号在同一层的，等效于侧边耦合带状线，正负两路在相邻层的，等效于宽边耦合带状线。

数字信号在差分线上传输时是奇模传输方式，即正负两路信号的相位相差180°，而噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现，在接受器中正负两路的电压(或电流)相减，从而可以获得信号，消除共模噪声。

而差分线对的低压幅或电流驱动输出实现了高速集成功耗的要求。

2差分线的阻抗匹配差分线是分布参数系统，因此在设计PCB时必须进行阻抗匹配，否则信号将会在阻抗不连续的地方发生反射，信号反射在数字波形上主要表现为上冲、下冲和振铃现象。

传输线的特性阻抗可以由有关软件计算出来，它和差分线的线宽、线距及相邻介质的介电常数有关，一般把差分线的特性阻抗控制在100Ω左右。

值得注意的是，一个差分信号在多层PCB的不同层传输时(特别是内外层都走线时)，要及时调整线宽线距来补偿因为介质的介电常数变化带来的特性阻抗变化。

终端负载电阻的控制要根据不同的逻辑电平接口，来选择适当的电阻网络和负载并联，以达到阻抗匹配的目的。

3差分线的一些设计规则在做PCB板的实际工作中，应用差分线可以很大程度上提高信号线的抗干扰性，要想设计出满足信号完整性要求的差分线，除了要使负载和信号线的阻抗相匹配外，还要在设计中尽量避免阻抗不匹配的环节出现。

pcb差分走线

差分信号PCB走线差分信号在现在的电子电路中使用的非常多，可以说在重要的信号线中，已经非常难见到单端信号了；在PCB设计中，差分信号走线（differential signal routing）的规则可以简单的说成四个字：共面、平行；平行：一般要求差分信号要“走线长度相等，走线宽度相等，走线间间距相同”a. 走线长、宽度相等-------->保证差分信号极性相反；------------>共模分量减小b. 走线的间距相同----------->差分阻抗一致--------------------------->反射减小注：实际的PCB设计中，受限于PCB板面积的限制，而往往需要分布很多元件和走线。

这就导致了，往往不可能同时满足走线长度和间距相同，而走线宽度一般都是默认相同的；在这种情况下，走线长度相等比走线间距相等更加重要。

共面：这个很好理解，两条差分信号线应：处于同一layer，且使用同一GND；常常接触到一些“资深”工程师，将差分信号分在两个Layer层，认为这问题不大，但这是完全错误的；此外，有点需要记住：差分信号也需要地平面作为回流路径；需要使用同一GND，而不是不同的GND；这里所说的GND，是PCB设计铺铜出现的一片片铜皮地，而不是物理定义中的大地；也就是说，差分信号下，应有一个共用的地平面；高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流；一般的PCB中，差分信号线之间的耦合较小，耦合度一般在10%～20%之间，所以，差分信号更多的还是对地的耦合。

换句话说，差分信号的回流路径存在于GND Layer；当差分信号的GND不连续时，差分信号只好退而求其次，将差分走线之间的耦合提供回流通路；---------->这种情况会降低差分信号的质量，增加EMI（电磁干扰）；------------------>当然，相对于单端信号没有GND，差分信号要好得多；。

PCB设计中的差分信号布线技巧

PCB设计中的差分信号布线技巧在PCB设计中，差分信号布线是非常重要的一步，尤其是对于高速信号传输的电路而言。

差分信号传输可以减少串扰和噪音，提高信号的稳定性和抗干扰能力。

因此，合理布线差分信号对于整个电路的性能起到至关重要的作用。

在实际的PCB设计过程中，有一些技巧可以帮助工程师更好地进行差分信号布线。

首先，差分信号的布线应尽量保持对称。

差分信号通常由一个正向信号和一个反向信号组成，它们需要在PCB上同时传输。

因此，在布线过程中，要尽量保持这两条信号的路线对称，减少它们之间的不匹配，防止出现相位失调。

这样可以确保差分信号传输的稳定性和可靠性。

其次，控制差分信号的长度匹配。

在高速传输中，由于信号是以电磁波形式传播的，信号线的长度差异会导致信号到达终点的时间不同，从而造成相位失调和信号失真。

因此，布线差分信号时，要尽量保持两条信号线的长度相同，可以通过采用匹配的布线方式或者使用长度调整器件来实现长度匹配。

此外，差分信号的布线需要避免与其他信号线交叉。

信号线之间的交叉会导致串扰和干扰，影响信号的传输质量。

尤其是差分信号不应与高速数字信号或电源线交叉，这样容易导致信号失真。

因此，在布线时要尽量避免差分信号与其他信号线的交叉，可以采用分层布线或增加地线层等方法来减少信号之间的干扰。

另外，要注意差分信号的引脚布局。

正确的引脚布局可以减少差分信号的串扰和干扰，提高信号的传输质量。

在PCB设计中，通常推荐将差分信号的引脚布置在一起，并尽量减少信号线的弯曲。

这样可以有效地减少信号的传输路径，提高信号的传输速度和稳定性。

最后，对于高速差分信号的设计，在布线时还需要考虑信号线的阻抗匹配。

信号线的阻抗匹配是为了减少信号的反射和波纹，提高信号传输的质量。

其中，差分信号需要保持一致的阻抗，可以通过控制信号线的宽度和间距来实现阻抗匹配。

综上所述，差分信号布线是PCB设计中的关键环节之一。

通过合理布线差分信号，可以提高电路的性能和稳定性。

PCB布线的直角走线、差分走线和蛇形线基础理论

PCB 布线的直角走线、差分走线和蛇形线基础理论2009-04-20 10:52布线（Layout）是PCB设计工程师最基本的工作技能之一。

走线的好坏将直接影响到整个系统的性能，大多数高速的设计理论也要最终经过 Layout 得以实现并验证，由此可见，布线在高速 PCB 设计中是至关重要的。

下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况，分析其合理性，并给出一些比较优化的走线策略。

主要从直角走线，差分走线，蛇形线等三个方面来阐述。

1．直角走线直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况，也几乎成为衡量布线好坏的标准之一，那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？从原理上说，直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。

其实不光是直角走线，顿角，锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。

直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面：一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间；二是阻抗不连续会造成信号的反射；三是直角尖端产生的EMI。

传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算：C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0在上式中，C 就是指拐角的等效电容（单位：pF），W指走线的宽度（单位：inch），εr指介质的介电常数，Z0就是传输线的特征阻抗。

举个例子，对于一个4Mils的50欧姆传输线（εr为4.3）来说，一个直角带来的电容量大概为0.0101pF，进而可以估算由此引起的上升时间变化量：T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps通过计算可以看出，直角走线带来的电容效应是极其微小的。

由于直角走线的线宽增加，该处的阻抗将减小，于是会产生一定的信号反射现象，我们可以根据传输线章节中提到的阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗，然后根据经验公式计算反射系数：ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间，因而反射系数最大为0.1左右。

PCBLayout初学者必会知识总结

PCB是印刷电路板(即Printed Circuit Board)的简称。

印刷电路板是组装电子零件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。

该产品的主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，起中继传输的作用，是电子产品的关键电子互连件，有“电子产品之母”之称。

本内容为pcb layout初学者整理了相关的技术点及设计经验、技巧等知识，方便初学者快速上手。

一、pcb layout是什么PCB是印刷电路板(即Printed Circuit Board)的简称。

印刷电路板是组装电子零件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。

该产品的主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，起中继传输的作用，是电子产品的关键电子互连件，有“电子产品之母”之称。

印刷电路板作为电子零件装载的基板和关键互连件，任何电子设备或产品均需配备。

其下游产业涵盖范围相当广泛，涉及一般消费性电子产品、信息、通讯、医疗，甚至航天科技(资讯行情论坛)产品等领域。

随着科学技术的发展，各类产品的电子信息化处理需求逐步增强，新兴电子产品不断涌现，使PCB产品的用途和市场不断扩展。

新兴的3G手机、汽车电子、LCD、IPTV、数字电视、计算机的更新换代还将带来比现在传统市场更大的PCB市场。

LAYOUT是布局规划的意思。

结合起来：PCB LAYOUT就是印刷电路板布局布线的中文意思。

二、Pcb layout基础之常用电子元器件英文特别是在用PADS9.3或者allegro16.3画原理图时，了解常用电子元器件英文是不可少的一个环节。

经常我们用一个零件的前三个英文字母来代替一个零件，pcb设计培训中例如：电阻用RES，电容用CAP，电感用IND，……等等。

下面列举了一些相信能帮助你。

电压 voltage电流 current欧姆 Ohm伏特 Volt安培 Ampere瓦特 Watt电路 circuit电路元件 circuit element，电阻 resistance电阻器 resistor电感 inductance电感器 inductor电容 capacitance电容器 capacitor欧姆定律 Ohm’s law基尔霍夫定律 Kirchhoff’s law基尔霍夫电压定律 Kirchhoff’s voltage law(KVL) 基尔霍夫电流定律 Kirchhoff’s current law(KCL) 回路 loop网络 network无源二端网络 passive two-terminal network有源二端网络 active two-terminal network三、pcb layout中必须要考虑的问题pcb设计画电路边框，边框线与元件引脚焊盘最短距离不能小于2MM,(一般取5MM较合理)否则下料困难.同一电路板中,电源线.地线比信号线粗.元件布局原则一般原则:在PCB设计中,如果电路系统同时存在数字电路和模拟电路.pcblayout培训以及大电流电路,则必须分开布局,使各系统之间藕合达到最小在同一类型电路中,按信号流向及功能,分块,分区放置元件.输入信号处理单元,输出信号驱动元件应靠近pcb设计培训电路板边,使输入输出信号线尽可能短,以减小输入输出的干扰.元件放置方向: 元件只能沿水平和垂直两个方向排列.否则不得于插件. 当元件间电位差较大时,元件间距应足够大,防止出现放电现象.元件间距.对于中等密度板,小元件,如小功率电阻,电容,二极管,等分立元件彼此的间距与插件,焊接工艺有关,波峰焊接时,元件间距可以取50-100MIL(1.27–2.54MM)手工可以大些,如取100MIL,集成电路芯片,元件间距一般为100–150MIL在而已进IC去藕电容要靠近芯片的电源秋地线引脚.不然滤波效果会变差.在数字电路中,为保证数字电路系统可靠工作,在每一数字集成电路芯片的电源和地之间均放置IC去藕电容.去藕电容一般采用瓷片电容,容量为0.01~0.1UF去藕电容容量的选择一般按系统工作频率F的倒数选择.此外,在电路电源的入口处的电源线和地线之间也需加接一个10UF的电容,以及一个0.01UF的瓷片电容.时钟电路元件尽量靠近单片机芯片的时钟信号引脚,以减小时钟电路的连线长度.且下面最好不要走线.刚印刷导线电阻大,线上的电压降也就大,影响电路的性能, 线宽太宽,则布线密度不高,板面积增加,除了增加成本外,也不利于小型化.如果电流负荷以20A/平方毫米计算,当覆铜箔厚度为0.5MM时,(一般为这么多,)则1MM(约40MIL)线宽的电流负荷为1A,因此,线宽取1–2.54MM(40–100MIL)能满足一般的应用要求,大功率设备板上的地线和电源,根据功率大小,可适当增加线宽,而在小功率的数字电路上,为了提高布线密度,最小线宽取0.254–1.27MM(10–15MIL)就能满足.四、pcb layout工程师应该熟悉的几种模块下面是在pcb设计中经常会碰到的几个模块，作为一个pcb layout工程师应该对这些熟悉。

实际运用中差分信号线的分析和 LAYOUT

实际运用中差分信号线的分析和LAYOUT随着近几年对速率的要求快速提高，新的总线协议不断的提出更高的速率。

传统的总线协议已经不能够满足要求了。

串行总线由于更好的抗干扰性，和更少的信号线，更高的速率获得了众多设计者的青睐。

而串行总线又尤以差分信号的方式为最多。

所以在这篇中整理了些有关差分信号线的设计和大家探讨下。

关键字：差分信号线，LVDS，眼图，LAYOUT。

1.差分信号线的原理和优缺点差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进行下一部分的讨论。

何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。

而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。

差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，如图在A-A‘的电流是从右到左，那B-B‘的是从左到右，那么按右手螺旋定则，那他们的磁力线是互相抵消的。

耦合的越紧密，互相抵消的磁力线就越多。

泄放到外界的电磁能量越少。

c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。

2.差分信号的一个实例：LVDSLVDS（Low Voltage Differential Signaling)是一种低摆幅的电流型差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。

PCB设计软件操作之两种常见的差分信号设定方法.

PCB设计软件操作之两种常见的差分信号设定方法
上一期我们介绍了主流PCB设计软件
allegro操作
两种建立Match Group的方法
本期介绍
常见两种差分信号设定方法
方法一：在命令菜单里建立差分信号
点菜单Logic=>Assign Differential Pair…，弹出对话框
先给差分信号命名，依次点击想要建立的差分线网络，点Add 完成差分线的建立，上面会显示你所建的差分信号的名称，如果还有其它的差分线要建立，可以继续在上图重复建立差分线，最后点OK 退出。

方法二：在约束管理器里建立差分信号
进入约束管理器界面，接着按下图所示展开Electrical 的NET
点击菜单命objects=>CREATE=>DIFFERENTIAL PAIR 如下图所示。

弹出differential pair 对话框，如下图所示。

在左上角的下拉框中选择NET ,然后在列表框中找到要建立的网络并双击，这样这两个网络就会添加到selections 编辑框中，在Diff Pair Name 输入差分信号的名称，然后点击Create,点击close 关闭对话框。