【導讀】眾所周知，信號存在沿信號線(xiàn)或者PCB線(xiàn)下面傳輸的特性，即便我們可能并不熟悉單端模式布線(xiàn)策略，單端這個(gè)術(shù)語(yǔ)將信號的這種傳輸特性與差模和共模兩種信號傳輸方式區別開(kāi)來(lái)，后面這兩種信號傳輸方式通常更為復雜。
一、差分和共模方式
差模信號通過(guò)一對信號線(xiàn)來(lái)傳輸。一個(gè)信號線(xiàn)上傳輸我們通常所理解的信號；另一個(gè)信號線(xiàn)上則傳輸一個(gè)等值而方向相反的信號。差分和單端模式最初出現時(shí)差異不大，因為所有的信號都存在回路。
單端模式的信號通常經(jīng)由一個(gè)零電壓的電路來(lái)返回。差分信號中的每一個(gè)信號都要通過(guò)地電路來(lái)返回。由于每一個(gè)信號對實(shí)際上是等值而反向的，所以返回電路就簡(jiǎn)單地互相抵消了，因此在零電壓或者是地電路上就不會(huì )出現差分信號返回的成分。
共模方式是指信號出現在一個(gè)(差分)信號線(xiàn)對的兩個(gè)信號線(xiàn)上，或者是同時(shí)出現在單端信號線(xiàn)和地上。對這個(gè)概念的理解并不直觀(guān)，因為很難想象如何產(chǎn)生這樣的信號。這主要是因為通常我們并不生成共模信號的緣故。共模信號絕大多數都是根據假想情況在電路中產(chǎn)生或者由鄰近的或外界的信號源耦合進(jìn)來(lái)的噪聲信號。共模信號幾乎總是“有害的”，許多設計規則就是專(zhuān)為預防共模信號出現而設計的。
二、差分信號線(xiàn)的布線(xiàn)
通常差分信號也是高速信號，所以高速設計規則通常也都適用于差分信號的布線(xiàn)，特別是設計傳輸線(xiàn)1這樣的信號線(xiàn)時(shí)更是如此。這就意味著(zhù)我們必須非常謹慎地設計信號線(xiàn)的布線(xiàn)，以確保信號線(xiàn)的特征阻抗沿信號線(xiàn)各處連續并且保持一個(gè)常數。
在差分線(xiàn)對的布局布線(xiàn)過(guò)程中，我們希望差分線(xiàn)對中的兩個(gè)PCB線(xiàn)完全一致。這就意味著(zhù)，在實(shí)際應用中應該盡最大的努力來(lái)確保差分線(xiàn)對中的PCB線(xiàn)具有完全一樣的阻抗并且布線(xiàn)的長(cháng)度也完全一致。差分PCB線(xiàn)通?？偸浅蓪Σ季€(xiàn)，而且它們之間的距離沿線(xiàn)對的方向在任意位置都保持為一個(gè)常數不變。通常情況下，差分線(xiàn)對的布局布線(xiàn)總是盡可能地靠近。
三、差分信號的優(yōu)勢
單端信號通?？偸菂⒄漳撤N“參考”電平。這種“參考”電平可能是一個(gè)正值電壓也可能是地電壓、一個(gè)器件的閾值電壓、或者是其它什么地方的另外一個(gè)信號。而另一方面差分信號則總是參照該差分線(xiàn)對中的另一方。也就是說(shuō)，如果一個(gè)信號線(xiàn)(+信號)上的電壓高于另一個(gè)信號線(xiàn)(-信號)上的電壓，那么我們就可以得到一種邏輯狀態(tài)；而如果前者低于后者那么我們就可以得到另外的一種邏輯狀態(tài)。
差分信號具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1. 時(shí)序得到精確的定義，這是由于控制信號線(xiàn)對的交叉點(diǎn)要比控制信號相對于一個(gè)參考電平的絕對電壓值來(lái)得簡(jiǎn)單。如果差分線(xiàn)對遠端的信號并非嚴格意義上的等值而反向，那么就會(huì )出現共模噪聲，而這將導致信號時(shí)序和EMI方面的問(wèn)題。
2. 由于差分信號并不參照它們自身以外的任何信號，并且可以更加嚴格地控制信號交叉點(diǎn)的時(shí)序，所以差分電路同常規的單端信號電路相比通?？梢怨ぷ髟诟叩乃俣?。
由于差分電路的工作取決于兩個(gè)信號線(xiàn)(它們的信號等值而反向)上信號之間的差值，同周?chē)脑肼曄啾?，得到的信號就是任何一個(gè)單端信號的兩倍大小。所以，在其它所有情況都一樣的條件下，差分信號總是具有更高的信噪比因而提供更高的性能。
差分信號對EMI和信號之間的串擾耦合也具有一定的免疫能力。如果一對差分信號線(xiàn)對的布線(xiàn)非常緊湊，那么任何外部耦合的噪聲都會(huì )相同程度地耦合到線(xiàn)對中的每一條信號線(xiàn)上。所以耦合的噪聲就成為“共模”噪聲，而差分信號電路對這種信號具有非常完美的免疫能力。如果線(xiàn)對是絞合在一起的(比如雙絞線(xiàn))，那么信號線(xiàn)對耦合噪聲的免疫能力會(huì )更強。由于不可能在PCB上很方便地實(shí)現差分信號的絞合，那么盡可能地將它們的布線(xiàn)靠近在一起就成為實(shí)際應用中一種非常好的辦法。
布線(xiàn)非?？拷牟罘中盘枌ο嗷ブg也會(huì )互相緊密耦合。這種互相之間的耦合會(huì )減小EMI發(fā)射，特別是同單端PCB信號線(xiàn)相比。差分信號在布線(xiàn)時(shí)靠得越近，相互之間的耦合也就越強，因而對外的EMI輻射也就越小。
本文總結
差分信號線(xiàn)之間互相會(huì )耦合。這種耦合會(huì )影響信號線(xiàn)的外在阻抗，因此必須采用終端匹配策略。要注意差分線(xiàn)之間的相互耦合將直接影響差分阻抗的計算。差分線(xiàn)之間的耦合必須保證沿整個(gè)差分線(xiàn)都保持為一個(gè)常數或者確保阻抗的連續性。這也是差分線(xiàn)之間必須保持“恒定間距”設計規則的原因。
