【導(dǎo)讀】在高速數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，使用差分信號(hào)的方式，并通過(guò)差分對(duì)銅線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。本文就來(lái)系統(tǒng)的為大家講解在高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)中，對(duì)差分對(duì)的一些要求。
對(duì)于速度的渴求始終在增長(zhǎng)，傳輸速率每隔幾年就會(huì)加倍。這一趨勢(shì)在諸如計(jì)算、SAS和SATA存儲(chǔ)方面的PCIe以及云計(jì)算中的千兆以太網(wǎng)等很多現(xiàn)代通信系統(tǒng)中很普遍。信息革命對(duì)通過(guò)傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)提出了巨大挑戰(zhàn)。目前的傳輸介質(zhì)仍然依賴于銅線，數(shù)據(jù)鏈路中的信號(hào)速率可以達(dá)到大于25Gbps，并且端口吞吐量可以大于100Gbps。
這些串行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)使用差分信號(hào)的方式，通過(guò)被稱為差分對(duì)的一對(duì)銅線來(lái)傳送數(shù)據(jù)。A線路和B線路內(nèi)的信號(hào)是等振幅、反相位高速脈沖。差分信號(hào)在很多電路上有使用，比如LVDS，CML和PECL等等。
傳送一個(gè)理想的串行比特流
串行比特流是通過(guò)一個(gè)差分對(duì)傳播的差分信號(hào)。如圖1所示，差分信號(hào)的預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間是一樣的，這樣的話，它們?cè)诮邮斩松媳３植罘中盘?hào)的屬性（等振幅、反相位）。一個(gè)接收器被用來(lái)恢復(fù)信號(hào)，然后正確地采樣和恢復(fù)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差數(shù)據(jù)傳輸。
圖1：理想差分對(duì)的電氣屬性
對(duì)于差分對(duì)的要求
一個(gè)良好設(shè)計(jì)差分對(duì)是成功進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。根據(jù)應(yīng)用的不同，差分對(duì)可以是一對(duì)印刷電路板 (PCB) 走線，一對(duì)雙絞線或一對(duì)共用絕緣和屏蔽的并行線（通常稱為Twin-axial電纜）。
讓我們研究一下差分對(duì)的主要要求：
● A線路和B線路都需要保持相當(dāng)恒定和相等的特性阻抗，通常稱為奇模阻抗，此時(shí)兩條線路均差分激勵(lì)。
● 差分信號(hào)應(yīng)該在到達(dá)目的端時(shí)保持差分信號(hào)的屬性：幾乎相等的振幅和相反的相位。
◎ 每條線路的插入損耗應(yīng)該大致相等。
◎ 每條線路的傳播延遲應(yīng)該大致相等。
總之，我們應(yīng)該尋求相等并且相當(dāng)恒定的奇模阻抗，從而最大限度地減少?gòu)脑炊说侥康亩苏麠l差分對(duì)長(zhǎng)度上的阻抗波動(dòng)。我們也應(yīng)當(dāng)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(huì)太多，這樣的話，接收器能夠正確地恢復(fù)數(shù)據(jù)。
為了滿足上述要求，A線路和B線路應(yīng)該在它們的物理布局布線中保持高對(duì)稱。發(fā)射器和接收器也應(yīng)該在它們的A和B線路電路中保持高對(duì)稱，這樣的話，它們?cè)贏線路和B線路上的電氣負(fù)載相等。
設(shè)計(jì)差分對(duì)，以最大限度地減少失真
在理想情況下，差分對(duì)是完全對(duì)稱的，此時(shí)具有無(wú)限帶寬并且鄰近信號(hào)之間完全隔離。在現(xiàn)實(shí)情況下，差分信號(hào)通過(guò)集成電路 (IC) 封裝、外部器件、不同的PCB結(jié)構(gòu)、連接器和電纜連接子系統(tǒng)進(jìn)行傳播。實(shí)現(xiàn)完全對(duì)稱的差分對(duì)是件不太容易的事情。
相關(guān)閱讀：
實(shí)例分析：差分信號(hào)的有效和故障條件
技術(shù)詳解：示波器的差分探頭，你了解多少？
工程分享：如何通過(guò)一個(gè)差分接口來(lái)延長(zhǎng)SPI總線？
