差分訊號 差分訊號的原理及其在PCB的設計

2021-10-16 04:53:48 字數 2217 閱讀 8833

差分線是 pcb 設計中非常重要的一部分訊號線,訊號處理要求也是相當嚴謹,今天為大家介紹下差分訊號的原理以及其在 pcb 設計中的處理方法。什麼是差分訊號

差分傳輸是一種訊號傳輸的技術,區別於傳統的一根訊號線一根地線的做法,差分傳輸在這兩根線上都傳輸訊號,這兩個訊號的振幅相等,相位相差 180 度,極性相反。在這兩根線上傳輸的訊號就是差分訊號。

差分訊號與單端訊號的區別單端訊號指的是用乙個線傳輸的訊號,一根線沒參考點怎麼會有訊號呢?參考點就是地啊。也就是說,單端訊號是在一跟導線上傳輸的與地之間的電平差。那麼當你把訊號從 a 點傳遞到 b 點的時候,有乙個前提就是 a 點和 b 點的地電勢應該差不多是一樣的。

差分訊號指的是用兩根線傳輸的訊號,傳輸的是兩根訊號之間的電平差。當你把訊號從 a 點傳遞到 b 點的時候,a 點和 b 點的地電勢可以一樣也可以不一樣,但是 a 點和 b 點的地電勢差有乙個範圍,超過這個範圍就會出問題了。

乙個差分訊號是用乙個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講,所有

電壓訊號

都是差分的,因為乙個電壓只能是相對於另乙個電壓而言的。在某些系統裡,系統地被用作電壓基準點。當地當作電壓測量基準時,這種訊號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為訊號是用單個導體上的電壓來表示的。 

另一方面,乙個差分訊號作用在兩個導體上。訊號值是兩個導體間的電壓差。儘管不是非常必要,這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。我們用乙個方法對差分訊號做一下比喻,差分訊號就好比是蹺蹺板上的兩個人,當乙個人被蹺上去的時候,另乙個人被蹺下來了。但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類推,正值可以表示左邊的人比右邊的人高,而負值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個人都是同一水平。這兩個蹺蹺板用一對標識為 v+和 v- 的導線來表示。當 v+>v- 時,訊號定義成正極訊號,當 v+

差分訊號的優點優點一,相對於單端訊號,差分訊號減小了潛在的

電磁干擾

(emi)。使用差分方式傳輸,訊號的電壓峰峰值會被放大了一倍,但是單根線上的電流卻保持不變。如果採用傳統的單線傳輸方式,在驅動相同的訊號時,更容易造成 emi 問題。 

優點二,差分訊號的值很大程度上與「地」的精確值無關,能很好的抵抗電源的干擾。在乙個地做基準,單端訊號方案的系統裡,測量訊號的精確值依賴系統內地的一致性。訊號源和訊號接收器距離越遠,他們區域性地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分訊號恢復的訊號值在很大程度上與地的精確值無關,而在某一範圍內。假如兩條訊號都收到同樣的(同向、等幅度)的干擾訊號,由於接收端是對接收的兩條線訊號進行減法處理,因此干擾訊號會被基本抵消。也就是說,乙個差分放大器的輸入有效訊號幅度只需要幾毫伏,但是它卻能夠對乙個高達幾伏特的共模訊號無動於衷。 

優點三,差分對內每根訊號都有自己的返回路徑,能夠減輕訊號跨分割帶來的影響。單線跨分割對傳輸線的影響很大,差分線對跨分割就不是那麼敏感,主要原因就是,差分對兩線可以互為參考,兩根線可以相互作為返回路徑。差分訊號在做 pcb 設計時的處理方法1、 差分訊號走線要耦合處理,就是 2 根訊號線在 pcb 設計時是緊挨著的,不允許分開走線,如下圖示。 

2、一對差分訊號的 2 根訊號線之間需要做等長處理,等長範圍為 5mil,等長不需要做到更小,有**驗證,等長範圍做到 5mil 以下(1mil)並不能對訊號質量有很大提公升。等長處理的位置選擇在產生長度誤差的地方,等長需要做小波浪處理。如下圖示。 

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