PCB设计是否需要差分对参考平面

差分对参考平面是强制性的还是被排除在PCB之外？让我们清除一些关于这个经常争论的话题的疑问。

什么是差分对参考平面

差分对参考平面是指接地铜多边形，它位于差分对信号的相邻层中。从理论上讲，参考平面用作信号的接地返回路径，以最大程度地减少电磁干扰（EMI）。

参考平面与差分对走线所连接的收发器芯片共享相同的接地连接。它通常用于涉及差分信号的设计中，例如USB，SATA，HDMI和PCIe。

对于差分信号的参考平面的需求一直存在疑问。为了理解这个问题，让我们回到差分信号的定义。差分信号通过在信号极性相反的两条铜走线上传输数据来发挥作用。

例如，逻辑“ 1”由正迹线上的+ 3.3V和负迹线上的-3.3V表示。这种信令的优点是数据完整性不受共模噪声的影响。接收器仅需要比较两个信号之间的差异即可确定数据包的值。

从理论上讲，信号对的两条信号线都相互抵消，因此不会产生返回电流。这是否意味着因为没有电流流过地面，所以不需要参考平面？

在理想情况下，您不需要参考平面。但是，您会意识到世界不是理想的，电子设计也不是理想的。

除非PCB上的两条走线完全相同且长度相似，否则信号的幅值将略有不同。这将导致少量电流流过地面。无论您是否有参考平面，电流都会流过一个完整的环路并流经阻抗最小的路径。如果没有专门用于差分信号的参考平面，则返回电流会增加EMI的风险。

您可能会因为没有用于低速差分信号（例如RS485）的接地层而逃脱。但是，当您处理USB和PCIe等高速差分信号时，必须使用参考平面，但这是完全不同的原因。

当信号传输速率很高时，电噪声将耦合到相邻的迹线或平面中。放置在差分对下方的接地层很方便，可以减轻高速传输引起的EMI影响。接地层应限于差分对的区域，该区域应彼此靠近放置以限制电流环路面积。

差分对参考平面准则

路由差分对信号时，不存在忽略参考平面的风险。话虽如此，您将需要正确设计参考平面或将更多问题引入电路。

参考平面应为连续的铜平面，该平面应低于差分信号并连接到收发器IC的同一数字地。避免平面不连续，因为这会导致不可预测的返回路径并增加EMI的可能性。如果不可避免，请使用交流电容器在信号对下方的两个平面之间连接。交流电容器将为高速差分信号的返回电流形成低阻抗路径。

至于获得参考平面的精确区域，可以使用PCB设计软件来帮助。因此，不要忽略差分对参考平面，因为安全比后悔好。