什么是差分線

差分線用通俗的話講，用兩條平行的、等長的走線傳輸相位差180度的同一信號(hào)。

說白了，就是一根線傳輸正信號(hào)，一根線傳輸負(fù)信號(hào)。正信號(hào)減去負(fù)信號(hào)，得到2倍強(qiáng)度的有用信號(hào)。而兩根線路上的干擾信號(hào)是一樣的，相減之后干擾信號(hào)就沒了。

差分線的原理，正減去負(fù)等于2倍正

差分線有什么用

使用差分線是為了抗干擾，從兩個(gè)角度可以說明它的優(yōu)點(diǎn)。

第一， 在相同電平幅度的信號(hào)中，差分線的峰峰值是單端線的兩倍。

第二， 在相同的電路環(huán)境中，由于單端走線參考的是地平面，對(duì)于外界的干擾，受到的影響和地平面上受到的同一干擾表現(xiàn)差異很大，導(dǎo)致它在走線上的干擾和回流路徑中的干擾無法相互抵消（單端走線電壓基準(zhǔn)為地平面）；而差分線由于是平行等長走線，在相同的電路環(huán)境中，兩條走線的耦合度很高，在受到同一干擾源時(shí)，兩天線上的干擾程度接近，而差分線電壓基準(zhǔn)點(diǎn)為對(duì)應(yīng)的另外一條走線，而不是地平面，對(duì)于共模干擾有較好的抑制能力。

哪些地方用到差分線

差分線想要更高的抗干擾能力，來獲得低的誤碼率，提升傳輸速率，但他需要比單端線對(duì)一條額外的線作為信號(hào)的回流線。

所以，只有在追求更高的傳輸速率或者更強(qiáng)的抗干擾能力的設(shè)計(jì)中才會(huì)不惜增加電路線的數(shù)量來保證傳輸?shù)乃俾屎透鼜?qiáng)的抗干擾能力。

MIPI的信號(hào)走線

長距離傳輸，網(wǎng)線，485，CAN

差分線為了適應(yīng)不同的功能需求，對(duì)于一些方面做了傾斜。比如：485、CAN，為了追求更遠(yuǎn)的傳輸距離，在使用差分走線的情況下還提高的傳輸電平（RS485： -7V至+12V之間 CAN 5V），降低了傳輸速率（RS485：小于10Mbps CAN：小于1Mbps）。

而電腦端連接的網(wǎng)線使用差分雙絞線，由于傳輸距離小于485、CAN等總線，電壓相對(duì)較低只有3V左右，傳輸速率可達(dá)到1Gbps，而雙絞電話線由于需要帶負(fù)載，電壓高達(dá)48V（高內(nèi)阻），傳輸速率也較網(wǎng)線要低。

網(wǎng)線，每一對(duì)差分線都擰在一起

高速傳輸， USB3.0、MIPI、LVDS、SATA

差分線在用于高速傳輸時(shí)，電壓幅度很低，MIPI在高速模式下（1Gbps以上）電壓僅有200mV。在慢速模式下也只有1.2V的電壓差。

那為什么在高速傳輸中電壓往往會(huì)很低呢？原因就是為了獲得更短的上升沿時(shí)間，信號(hào)質(zhì)量的好壞，很重要的一個(gè)衡量因素就是眼圖，只有眼睛睜得越開，信號(hào)質(zhì)量就越好！在相同的電平下，差分走線的上升沿時(shí)間是單端走線的1/2，所以傳輸速率比單端走線高，何況差分走線抗干擾能力更強(qiáng)。

SATA數(shù)據(jù)線，2組，每組里面有2根線

差分線做的好不好，要看眼圖

主要是看正負(fù)兩個(gè)信號(hào)之間的差別大不大。大了就起不到差分信號(hào)的作用了。

差分線做的好，眼圖的眼睛就瞪的大。后面我們會(huì)專門寫寫眼圖的文章。

高速差分線設(shè)計(jì)的硬件要求

差分走線中我們需遵循如下原則：

第一：等長

只有走線嚴(yán)格意義上的等長才會(huì)在信號(hào)才能在同一時(shí)間到達(dá)接收端（默認(rèn)兩天走線的，在電路板上的介電常數(shù)完全一致），文章開頭就定義，差分走線實(shí)際傳輸?shù)氖窍辔徊?80度的信號(hào)，最簡單的能保證相位同步的方式就是等長走線。

第二：差分阻抗連續(xù)

阻抗值只有在終端匹配中才被提及，對(duì)于差分傳輸線，理論上來說，信號(hào)只知道此時(shí)此刻傳輸點(diǎn)上面的阻抗值，它并不在意遠(yuǎn)端是什么樣的阻抗。但在信號(hào)傳輸過程中，阻抗不匹配會(huì)發(fā)生反射，導(dǎo)致EMI問題，所以走線才會(huì)管控和中斷匹配的走線阻抗。

差分線模型

差分線和等長的關(guān)系

差分線一定有要求等長，但等長的走線不一定都是差分線，等長是讓不同的數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)。像MIPI就是等長+差分（兩根線傳一個(gè)數(shù)據(jù)），而DDR只有等長沒有差分（一根線傳一個(gè)數(shù)據(jù)）。

對(duì)于DDR EMMC 等并行高速數(shù)據(jù)總線也需要嚴(yán)格管控等長，只有等長，并行線的信號(hào)才能同相位到達(dá)接收端，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行傳輸。

本文轉(zhuǎn)載自：燚智能

審核編輯：何安