差分信号

本文针对高速BGA封装与PCB差分互连结构进行设计与优化，着重分析封装与PCB互连区域差分布线方式、信号布局方式、信号孔/地孔比、布线层与过孔残桩这四个方面对高速差分信号传输性能和串扰的具体影响。 利用全波电磁场仿真软件CST建立3D仿真模型，通过时频域仿真验证了所述的优化方法能够有效改善高速差分信号传输性能，减小信号间串扰，实现更好的信号隔离。 近年来，球栅阵列（BGA）封装因体积小、引脚多、信号完整性和散热性能佳等优点而成为高速IC广泛采用的封装类型。 为了适应高速信号传输，芯片多采用差分信号传输方式。

在高速 PCB 设计中，差分信号的应用越来越广泛，这主要是因为和普通的单端信号走线相比，差分信号具有抗干扰能力强、能有效抑制 EMI、时序定位精确的优势。作为一名（准）PCB 设计工程师，我们当然需要充分理解差分信号！ 关于差分信号 严格意义上来说，所有的电压信号都是“差分”的，因为一个电压总是相对另一个电压而言。但大部分情况下，我们会把“地”做为电压基准点，从而测得另一个电压值，这种信号被称为单端信号。由于是和“地”做比较，单端信号在 PCB 上的表现通常只有一根导线（Track）。 那什么是差分信号呢？区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差 180 度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

在高速PCB设计中，差分信号（DIFferential Signal）的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计。 为什么这样呢？和普通的单端信号走线相比，差分信号有抗干扰能力强、能有效抑制EMI、时序定位精确的优势。 差分信号PCB布线要求 在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

随着数据传输速率越来越高，现在计算机系统中的数据传输接口基本上都串行化了，像USB、PCIe、SATA、DP等等外部总线将并行总线挤压到只剩下内存总线这个最后的堡垒。当然，就算是并行传输总线最后的倔强DDR也在不断吸收SERDES上的技术来提升自己，尤其是均衡器（Equalization，EQ）技术，在DDR5标准中，DRAM将被指定涵盖DFE（判决反馈均衡）能力。 随着信号速率的提高，在系统同步接口方式中,有几个因素限制了有效数据窗口宽度的继续增加。

在上一篇文章“差分信号及PCB差分设计中几个误区（一）”中，我们介绍了差分信号的优势、差分和共模方式以及差分信号线布线的内容。下面我们将重点讨论一下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。

差分传输是一种信号传输技术，有别于一根信号线一根地线的传统做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近且在同一层面的两根线。 某些系统里，“系统地”被用作电压基准点。当“地”作为电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。

差分信号 差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法。差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等、相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。 特点 从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。 在某些系统里，"系统地"被用作电压基准点。当“地”当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。 可以想象，这两个导体上被同时加入一个相等的电压，也就是所谓共模信号。

记得在刚学习差分线（对）的时候，总是对一些概念把握不准，很多概念都会混淆，比如差分（很多人还会误解成差模）、共模、奇模与偶模，以及由此延伸出的差分阻抗、共模阻抗、奇模阻抗与偶模阻抗，光是这些概念，就很容易让初学者望而却步，刚觉得好像摸着点了门道，但越往下看越觉得摸不着头脑，概念太多太容易混乱，这就是初学者的痛苦。好吧，要想完全理解，没有个两三遍回炉是很难入信号完整性之门的，除非过目不忘哈。 当然我没有过目不忘的本事，所以就只能把书老老实实的看了一遍又一遍，然后才有了一些学习的笔记，记录了对这些概念的个人理解。 差分线本身没有任何内涵，就是两根普通的单端传输线（一般默认线宽线厚一致）的组合而已，它们之间可以没有任何关系，最终决定它们特性的其实是这两条传输线上的信号传输方式，在这里主要介绍两种比较特殊的传输方式，奇模与偶模传输，它们都可以实现无失真的传输。

一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。 我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。

差分信号 差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。 我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。 特点 从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，"系统地"被用作电压基准点。