1_差分信号原理与分析

如果差分信号走线过程中的参考平面改变了，到底会对差分信号的质量产生何种影响?

差分线的设计原则是等长等距不能cross-moat.这都是有原因的.差分信号P\\N的差值就是我们所要传递的信号,同时每一个线上面都有共模信号.后者是造成电磁辐射的主要源头,常常在靠近连接器的地方加共模choke抑制.差分线等长等距的原因是因为p上面信号值减去N上面信号的时候,必须是对应地减去,如果不等长或者不等距,将使得这样的差值发生根本性的破坏.信号完整性检查眼图的时候会发现超标.而楼上大家关心的是能不能crossmoat的问题.这一点我详细说明.

我先说信号参考同一个板层就是习惯上说的layer,如果差分信号在top层走,以layer2作为参考平面.差分信号的两根线下面都有高速返回的镜象电流,紧贴在差分信号的下面.之所以紧贴是因为这样可以使得信号遇到的电感最小.差分信号的上升沿很短,一般在2ns左右.假如这时候差分信号的参考平面有沟道,比如说layer2的电源不止一个,举个例子,差分信号的下面原来参考的是+5V电源层,现在参考+3.3v,这时候就会出问题.因为+5与+3.3的两个模块之间有沟道.镜象电流在沟道处被割断,将寻找低阻抗路径完成返回电流的连续.换句话说路径的改变造成了电流环路面积的增大,这个直接影响就是EMI测试的超标.在EMI中这称为return path uncontinuity.

如果信号穿层从top到bottom.信号的参考平面从layer2到了倒数第二层,倒数第二层如果是GND.差分信号的参考平面绝对不能够改变.比如usb信号在第一层走的时候下面参考的是+5v,那么到了最下面的倒数第2层.必须在倒数第2层割出一块+5的电源在USB差分线的下方.这是原理.在EMI中这还是return path uncontinuity的一种情况.事实上面高速信号(包括差分信号)以某些电势位(比如+1.8v,+3.3v)作为参考平面(就是镜象电流流过的那层)不是一种好的方法,这会造成电源的不干净.比教好的做法是以地(0v电势位)作为参考平面,换层到top时候,把第二层划出一块地.目标就是差分信号的参考平面永远是同一个电势位.任何不同都会造成返回路径不连续从而引起环路面积增大,最后造成EMI超标.

信号的反射和差分本来就是两回事，差分的本来目的确实是为了抑制共模干扰，具体要求和前后级的具体电路和CMRR有关。信号的反射是由于阻抗不匹配，在不同频率处有不同的反射系数和时延，即产生色散，导致原来的波形变形，即信号完整性受到影响（主要对高速信号影响）。

对于RF的角度来说，过孔或者参考/走线平面的变化确实会带来阻抗上的不连续（仅仅从RF角度，对于低速信号，孔的寄生电容，电感相对于电阻完全体现不出来），但只要传输线的电长度不要太大（<1/10 波长），影响也不会太大。差分线都有回流面，此回流面决定此差分线的特征阻抗，而且是不管你创建与否必然存在（如果有的话由于电流的最短路径回流原理及耦合原理，必然会在相邻的地层的相反方向！）。