差分信号解密
资料来源:维基百科
众所周知，数字世界是由1和0组成的。当PCB设计人员构建电路将数据从a点发送到B点时，该数据信号被映射到高电压(通常为3.5至5伏)和低电压(通常为0伏地)。这种简单的信号结构被称为单端信号，是将电信号从发送方传输到接收方的最常用方式。
但是，虽然单端信号适用于大多数通用应用，但在许多情况下，电压高低之间的上升和下降时间开始成为设计中的瓶颈。随着对更高数据速率需求的增加，PCB设计人员越来越多地转向差分信号架构，以克服单端设计的局限性。继续阅读，了解什么是差分信号，以及如何在PCB设计中使用差分信号。
什么是差分信号?
差分信号涉及使用两个电压信号，一个正信号和一个负信号来创建一个信息信号。一条电压线与一个反向信号配对，该信号的振幅相同，但相对于共模电压的极性相反。它是两条电压线之间的电压差，给你的1和0组成了你的数据信号。
差分信号的优点
在高电压和低电压之间切换得越快，数据速率就越快。使用差分信号的主要优点是它降低了在单端信号中看到的电压幅值。较小的振幅导致较短的上升/下降时间，这转化为更快的数据速率。
此外，尽管差分信号不能免受EMI或串扰的影响，但它们能够在正信号和负信号之间均匀分布噪声和干扰，有助于最大限度地减少影响。
以下是差分信号优点的简要总结:
振幅更小，上升/下降时间更短，数据速率更快
这两条电压线的回流电流抵消了
有助于最大限度地减少EMI和串扰
较小的电压幅值意味着较低的工作电压要求和较低的功耗
精确的逻辑门时序
差分信号的缺点
差分信号实际上只有一个主要的缺点，但这是一个相当大的缺点——提供差分信号需要两倍于单端信号的导电路径。空间和成本需求可能会影响在设计中使用差分对的可行性。
差分信号的常见应用
现代生活的便利很大程度上归功于差分信号，这些只是一些最常见的应用:
以太网
USB
HDMI
低压差分信令
平衡音频高质量的录音和制作。
pcb中差动走线路由的最佳实践
现在您已经看到了差分信号的有用性，下面是在设计中实现该技术的一些快速技巧:
保持微分迹线平行和紧密耦合，以获得最佳的EMI性能
保持宽度，厚度和阻抗恒定的微分走线，以保持信号的完整性
使差分对导体尽可能远离相邻信号，以避免干扰
保持差分对中每一行的长度相等
通常情况下，参考您正在尝试使用的驱动程序和接收器的制造规范附带的任何布局建议也是一个好主意。有关更一般的建议，您可以参考技术标准，例如用于串行通信系统中的驱动器和接收机的RS-485，用于数字信号电路的RS-422(通常用于扩展RS-232连接)。
结论
总之，如果能够在PCB设计中使用差分信号，就有可能获得更高的数据速率、更低的功率要求和更低的EMI噪声。同时，差分信号架构的使用也增加了电路设计的复杂性。这就是为什么使用它很重要EDA(电子设计自动化)工具分析和理解电压、阻抗和信号如何受PCB布局的影响。看看Cadence的PCB设计和分析工具套件今天。