高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計：對于差分對的要求

差分對：你真正需要了解的內(nèi)容

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(wǎng)等很多現(xiàn)代通信系統(tǒng)中很普遍。信息革命對通過傳輸介質(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(shù)據(jù)。A線路和B線路內(nèi)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(yù)計到達(dá)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(fù)信號，然后正確地采樣和恢復(fù)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無誤差數(shù)據(jù)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(shè)計差分對是成功進(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)。

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(dāng)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(yīng)該在到達(dá)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。

◎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從源端到目的端整條差分對長度上的阻抗波動。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稱，這樣的話，它們在A線路和B線路上的電氣負(fù)載相等。

設(shè)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(xiàn)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(jié)構(gòu)、連接器和電纜連接子系統(tǒng)進(jìn)行傳播。實現(xiàn)完全對稱的差分對是件不太容易的事情。