差分對：你真正需要了解的內容

2017-04-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

對于速度的渴求始終在增長,傳輸速率每隔幾年就會加倍。這一趨勢在諸如計算、SAS和SATA存儲方面的PCIe以及云計算中的千兆以太網等很多現代通信系統中很普遍。信息革命對通過傳輸介質傳送數據提出了巨大挑戰。目前的傳輸介質仍然依賴于銅線,數據鏈路中的信號速率可以達到大于25Gbps,并且端口吞吐量可以大于100Gbps。

這些串行數據傳輸設計使用差分信號的方式,通過被稱為差分對的一對銅線來傳送數據。A線路和B線路內的信號是等振幅、反相位高速脈沖。差分信號在很多電路上有使用,比如LVDS,CML和PECL等等。

傳送一個理想的串行比特流

串行比特流是通過一個差分對傳播的差分信號。如圖1所示,差分信號的預計到達時間是一樣的,這樣的話,它們在接收端上保持差分信號的屬性(等振幅、反相位)。一個接收器被用來恢復信號,然后正確地采樣和恢復數據,從而實現無誤差數據傳輸。

圖1:理想差分對的電氣屬性

對于差分對的要求

一個良好設計差分對是成功進行高速數據傳輸的關鍵因素。根據應用的不同,差分對可以是一對印刷電路板 (PCB) 走線,一對雙絞線或一對共用絕緣和屏蔽的并行線(通常稱為Twin-axial電纜)。在這一系列中,我將討論差分對的特點,以及針對高速數據傳輸的設計問題和解決方案。

在這一系列的第一部分中,讓我們研究一下差分對的主要要求:

· A線路和B線路都需要保持相當恒定和相等的特性阻抗,通常稱為奇模阻抗,此時兩條線路均差分激勵。

· 差分信號應該在到達目的端時保持差分信號的屬性:幾乎相等的振幅和相反的相位。

o 每條線路的插入損耗應該大致相等。

o 每條線路的傳播延遲應該大致相等。

總之,我們應該尋求相等并且相當恒定的奇模阻抗,從而最大限度地減少從源端到目的端整條差分對長度上的阻抗波動。我們也應當使A線路與B線路之間的延遲匹配和插入損耗匹配。此外,我們需要確保插入損耗不會太多,這樣的話,接收器能夠正確地恢復數據。

為了滿足上述要求,A線路和B線路應該在它們的物理布局布線中保持高對稱。發射器和接收器也應該在它們的A和B線路電路中保持高對稱,這樣的話,它們在A線路和B線路上的電氣負載相等。

設計差分對,以最大限度地減少失真

在理想情況下,差分對是完全對稱的,此時具有無限帶寬并且鄰近信號之間完全隔離。在現實情況下,差分信號通過集成電路 (IC) 封裝、外部器件、不同的PCB結構、連接器和電纜連接子系統進行傳播。實現完全對稱的差分對是件不太容易的事情。在以后的博文中,我將討論差分對設計的方案,以及最大限度減少發射信號失真的技術。

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