【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

走zou線xian靠kao得de越yue近jin
，差cha分fen對dui之zhi間jian的de耦ou合he性xing就jiu越yue好hao。然ran而er
，當dang走zou線xian的de間jian距ju發fa生sheng變bian化hua時shi，差cha分fen阻zu抗kang也ye會hui發fa生sheng變bian化hua
，從cong而er導dao致zhi阻zu抗kang不bu匹pi配pei以yi及ji額e外wai的de潛qian在zai噪zao聲sheng和he 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。

●如(ru)果(guo)可(ke)能(neng)的(de)話(hua)，盡(jin)量(liang)避(bi)免(mian)使(shi)用(yong)過(guo)孔(kong)。如(ru)果(guo)必(bi)須(xu)要(yao)使(shi)用(yong)，應(ying)該(gai)對(dui)稱(cheng)擺(bai)放(fang)一(yi)對(dui)過(guo)孔(kong)。盡(jin)量(liang)使(shi)過(guo)孔(kong)靠(kao)得(de)很(hen)近(jin)，它(ta)們(men)相(xiang)對(dui)於(yu)布(bu)線(xian)焊(han)盤(pan)的(de)位(wei)置(zhi)應(ying)該(gai)是(shi)均(jun)等(deng)的(de)。

●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 zheyangdegongjutigonglezidongdechafenduibuxiangongneng
，zaibuxianshikeyiqingsongquebaochafenduizhijianbaochishidangdekuanduhejianju。ciwai，haikeyitianjiaguizeheyueshu，yiguanlichafenduidegegefangmian。

在上圖中可以看到
，Cadence 的 PCB layout 工具中使用 Constraint Manager laiguanlibaokuochafenduizaineidebutongshejiguize。qizhongbaokuozouxiandekuanduhejianju
，yunxuzouxianwanyandechangdu，yijibuxiantu，baokuohanpanderukouhechukou。jiezhuzheyigongju，womenkeyiweichafenduishurusuoyouxiangguandeguize

，quebaotamenfuhejutidedianluxuqiu。

（文章來源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心）

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