layout中蛇形线和差分线的使用

　　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。

　　差分线怎么布才是严格的等长？我怎么样测试两相的长度是等长度呢？还是我大致让他们平行走线，只是尽量可能的等长，而不是很的等长？既然延迟差允许1/4的时钟误差是不是其长度也可以满足两相的长度差存在1/4的误差或者是更少的误差（1/4的误差太大了，平行着走线，怎么走也差不了那么多哦呵呵：））

　　差分信号和普通的单端信号走线相比，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，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。

　　c、时序定位，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。

　　对于PCB工程师来说，关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势。也许只要是接触过Layout的人都会了解差分走线的一般要求，那就是“等长、等距”。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；等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致，减少反射。“尽量靠近原则”有时候也是差分走线的要求之一。但所有这些规则都不是用来生搬硬套的，不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输的本质。

　　下面重点讨论一下PCB差分信号设计中几个常见的误区。

　　误区一：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。造成这种误区的原因是被表面现象迷惑，或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。

　　误区二：认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB布线中，往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布，过孔，以及走线空间等因素存在，必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的，但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行，这时候我们该如何取舍呢？

　　2、蛇形线

　　蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了调节延时，满足系统时序设计要求。设计者首先要有这样的认识：蛇形线会破坏信号质量，改变传输延时，布线时要尽量避免使用。但实际设计中，为了保证信号有足够的保持时间，或者减小同组信号之间的时间偏移，往往不得不故意进行绕线。

　　很明显，信号在蛇形走线上传输时，相互平行的线段之间会发生耦合，耦合程度也越大。可能会导致传输延时减小，以及由于串扰而大大降低信号的质量。

　　下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议：

　　1、尽量增加平行线段的距离（S），至少大于3H，H指信号走线到参考平面的距离。通俗的说就是绕大弯走线，只要S足够大，就几乎能完全避免相互的耦合效应。

　　2、减小耦合长度Lp，当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时，产生的串扰将达到饱和。

　　3、带状线（Strip-Line）或者埋式微带线（Embedded Micro-strip）的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线（Micro-strip）。理论上，带状线不会因为差模串扰影响传输速率。

　　4、高速以及对时序要求较为严格的信号线，尽量不要走蛇形线，尤其不能在小范围内蜿蜒走线。

　　5、可以经常采用任意角度的蛇形走线，如图1-8-20中的C结构，能有效的减少相互间的耦合。

　　6、高速PCB 设计中，蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力，只可能降低信号质量，所以只作时序匹配之用而无其它目的。

　　7、有时可以考虑螺旋走线的方式进行绕线，仿真表明，其效果要优于正常的蛇形走线。

　　其他PCB走线规则经验：

　　PCB设计不是你听了几个规则和概念就明白的，做PCB设计的人一定要精通数字和模拟电路，必须了解信号完整性问题，那可是需要认真看书，仔细思考，动手实践才能体会到的。