差分信號(hào)是指兩個(gè)幅度相等、相位相反的信號(hào)。在電路中，差分信號(hào)通常由一對(duì)信號(hào)線傳輸，這兩條信號(hào)線分別攜帶互補(bǔ)的信號(hào)。差分信號(hào)的核心優(yōu)勢在于其抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制共模噪聲，并且能夠提供更高的信號(hào)完整性和傳輸速率。

（二）差分信號(hào)的特點(diǎn)

抗干擾能力強(qiáng)：由于差分信號(hào)是成對(duì)傳輸?shù)?，外部干擾對(duì)兩條信號(hào)線的影響基本相同，因此在接收端可以通過差分放大器消除共模干擾，保留差模信號(hào)。
信號(hào)完整性高：差分信號(hào)能夠提供更高的信號(hào)完整性，減少信號(hào)反射、衰減和失真，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。
電磁輻射低：差分信號(hào)的電流方向相反，產(chǎn)生的電磁場相互抵消，從而降低了電磁輻射。

二、差分信號(hào)的應(yīng)用場景

（一）高速數(shù)據(jù)傳輸

差分信號(hào)廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸接口，如USB、HDMI、LVDS（低壓差分信號(hào)）等。這些接口需要在高速率下傳輸大量數(shù)據(jù)，差分信號(hào)能夠提供穩(wěn)定的信號(hào)傳輸質(zhì)量。

（二）精密測量與控制

在精密測量和控制系統(tǒng)中，差分信號(hào)能夠有效抑制噪聲和干擾，提高測量精度和控制穩(wěn)定性。例如，在傳感器信號(hào)采集和工業(yè)自動(dòng)化控制中，差分信號(hào)被廣泛應(yīng)用。

（三）射頻與微波電路

在射頻與微波電路中，差分信號(hào)能夠提供更高的信號(hào)完整性和更低的電磁輻射，適用于高頻信號(hào)的處理和傳輸。

三、如何在PCB上實(shí)現(xiàn)差分走線

（一）差分走線的基本原則

等長匹配：差分信號(hào)的兩條信號(hào)線長度應(yīng)盡可能相等，以確保信號(hào)傳輸?shù)耐叫?。長度差異會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和時(shí)序問題。
等寬匹配：差分信號(hào)的兩條信號(hào)線寬度應(yīng)保持一致，以確保信號(hào)傳輸?shù)木庑?。寬度差異?huì)影響信號(hào)的阻抗匹配和傳輸特性。
緊密耦合：差分信號(hào)的兩條信號(hào)線應(yīng)盡可能靠近，以增強(qiáng)耦合效應(yīng)，提高抗干擾能力。通常，差分對(duì)的間距應(yīng)小于或等于線寬的兩倍。
避免交叉與分支：差分信號(hào)應(yīng)盡量避免交叉和分支，以減少信號(hào)反射和干擾。如果必須交叉，應(yīng)采用45度角交叉或使用過孔進(jìn)行換層。

（二）差分走線的設(shè)計(jì)步驟

確定差分對(duì)：在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，首先需要確定哪些信號(hào)需要采用差分傳輸，并標(biāo)記出差分對(duì)。
設(shè)置走線規(guī)則：在PCB設(shè)計(jì)軟件中設(shè)置差分走線的規(guī)則，包括線寬、間距、長度匹配等參數(shù)。大多數(shù)PCB設(shè)計(jì)軟件都支持差分對(duì)的定義和管理。
布線：按照設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行差分走線。確保兩條信號(hào)線平行、等長、等寬，并盡量靠近。在布線過程中，可以使用軟件的自動(dòng)布線功能，但需手動(dòng)調(diào)整以確保滿足設(shè)計(jì)要求。
長度匹配：使用軟件的長度匹配功能，確保差分信號(hào)的兩條信號(hào)線長度相等。如果存在長度差異，可以通過增加蛇形走線（meander）進(jìn)行調(diào)整。
驗(yàn)證與優(yōu)化：完成布線后，使用軟件的仿真功能對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證，檢查是否存在信號(hào)反射、串?dāng)_等問題。根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

（三）差分走線的注意事項(xiàng)

介質(zhì)材料選擇：選擇合適的介質(zhì)材料對(duì)差分信號(hào)的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。高頻應(yīng)用中，建議使用低介電常數(shù)（Dk）和低介質(zhì)損耗（Df）的材料，如Rogers RO4350B、Taconic TLX等。
層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：合理的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于控制差分信號(hào)的阻抗和減少干擾。常見的層疊結(jié)構(gòu)包括四層板和六層板，信號(hào)層與地平面之間應(yīng)有良好的耦合。
過孔設(shè)計(jì)：差分信號(hào)在換層時(shí)需要使用過孔。過孔的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少對(duì)信號(hào)的影響，建議使用盲埋孔或微過孔，并確保過孔的阻抗匹配。
接地設(shè)計(jì)：良好的接地設(shè)計(jì)對(duì)差分信號(hào)的傳輸至關(guān)重要。建議在差分信號(hào)的兩側(cè)設(shè)置接地平面，并通過多個(gè)接地過孔連接，以提供良好的屏蔽和回流路徑。
避免串?dāng)_：差分信號(hào)應(yīng)盡量避免與其他高速信號(hào)平行布線，以減少串?dāng)_。如果必須平行布線，應(yīng)增加間距或使用屏蔽層隔離。