什么是差分阻抗？

差分阻抗是指一对差分信号线之间的特性阻抗。在高速数字电路中，控制差分阻抗非常重要，因为它直接影响信号的完整性，包括信号衰减、反射、串扰等。

为什么需要按照差分阻抗规范进行设计？

• 信号完整性： 匹配的差分阻抗可以减少信号反射，确保信号完整性，提高系统稳定性。

• 噪声抑制： 差分信号具有较强的抗共模噪声能力，而匹配的差分阻抗可以进一步增强这种能力。

• EMI/EMC： 严格控制差分阻抗有助于减少电磁辐射，提高系统的电磁兼容性。

如何按照差分阻抗规范进行设计

1. 确定差分阻抗值：

• 标准值： 常用的差分阻抗值有50Ω、100Ω等。

• 设计考虑： 根据传输线的介质、线宽、间距等参数，以及信号频率等因素，选择合适的阻抗值。

2. PCB布局布线：

• 差分对等长： 确保差分对的长度尽可能相等，以保持信号的同步。

• 差分对间距： 根据选择的差分阻抗值，控制差分对之间的间距。

• 参考平面： 保证差分对上方和下方有连续的参考平面，以减少耦合噪声。

• 过孔处理： 尽量减少差分对上的过孔，如果必须使用过孔，则需要进行补偿。

• 走线弯曲： 避免差分对的急剧弯曲，以免引入不连续性。

• 阻抗匹配： 在信号源和负载端，使用匹配电阻或其他匹配网络，以减小反射。

3. 仿真验证：

• 电磁仿真： 使用电磁仿真软件（如HFSS、CST等）对PCB设计进行仿真，验证差分阻抗是否符合要求，并分析信号完整性。

• 时域仿真： 使用SPICE仿真软件（如HSPICE、ADS等）对电路进行时域仿真，验证信号的波形是否符合预期。

设计工具与资源

• PCB设计软件： Altium Designer、Cadence Allegro等。

• 电磁仿真软件： Ansys HFSS、CST Microwave Studio等。

• 阻抗计算器： 各PCB设计软件一般都自带阻抗计算器。

• 在线计算工具： 网上有很多免费的在线阻抗计算工具。

注意事项

• 公差： 考虑制造工艺的公差，在设计时留出一定的余量。

• 频率影响： 差分阻抗会随着频率的变化而变化，因此需要考虑信号的频率范围。

• 层叠结构： PCB的层叠结构对差分阻抗有很大影响，需要仔细设计。

• 机械应力： PCB在生产和使用过程中会受到机械应力，这可能会影响差分阻抗。

总结

按照差分阻抗规范进行设计，是保证高速数字电路信号完整性的关键。通过合理选择差分阻抗值，优化PCB布局布线，并进行仿真验证，可以有效地控制差分阻抗，提高系统的性能和可靠性。