43、高速电路中差分信号的特性与应用策略

高速电路中差分信号的特性与应用策略

在高速数字电路设计领域，差分信号凭借其独特的优势，如抗干扰能力强、抑制电磁干扰（EMI）等，被广泛应用。然而，要充分发挥差分信号的优势，还需要深入了解其在不同场景下的特性和应对策略。

1. 差分走线间距与 EMI 抑制

在考虑 EMI 问题时，差分走线间距是一个关键因素。研究表明，平衡措施对某一逻辑系列的整体辐射改善不会超过 16 倍（24 dB）。实际上，差分走线间距为 0.5 毫米就足以实现可能达到的所有 EMI 益处。由于数字 PCB 上的辐射问题通常由共模辐射主导，因此为了 EMI 目的，普通差分数字走线间距无需小于 0.5 毫米。

2. 穿越噪声连接器的问题

当两个系统通过连接器连接时，信号电流在系统之间的净流动会通过连接器的接地（或电源）引脚返回其源端。这一过程会在连接器接地（或电源）引脚的电感上感应出微小电压，导致连接器两侧的接地（或电源）电压出现差异，这种现象被称为接地偏移，它是共阻抗耦合的一种形式。

在单端通信系统中，接地偏移电压会直接降低逻辑系列的可用噪声容限。而在差分信号系统中，接地偏移电压对差分对的两根线影响相同，在共模抑制的范围内，连接器内部产生的接地偏移在接收器中会被完全抵消。

差分信号通常能减少连接器内部由互感或互容产生的串扰。具体的改善程度取决于差分信号通过连接器时的相对间距以及与最近干扰源的距离。如果干扰源更靠近差分对中的某一根线，串扰对两根线的影响就会不均衡，从而无法在接收器中被抵消。

连接器内部接地偏移的抵消和附近干扰源的抵消主要与连接器内信号引脚的位置有关，而与 PCB 走线布局或走线间耦合关系不大。