高速差分线的布线和走线长度匹配技巧

一般大于 5Gbps 的高速差分信号对干扰和抖动等都很敏感，因此在设计高速差分信号线布线时，应尽量选用性能良好的微带线和带状线，在整个信号通路上保持一致的阻抗特性。对差分信号线进行布线之前，必须定义好层叠结构，以使走线能够保证严格的阻抗匹配。

由于传输的差分线信号频率很高，两根差分信号必须在长度上尽量匹配，长度失配会产生共模噪声和辐射，严重的失配还会产生抖动（Jitter）和不可预测的时序问题。比如 6.25Gbps 差分信号来讲，其码元时间长度仅为 160ps，而 FR4 PCB 线路中微带线上的信号大概以每英才 180ps 的速度传送，因此 50mil 的布线差别就会导致大约 9ps 的时序偏移，因此原来在低频差分布线中可以接受的 50mil 非耦合长度，在高于 5Gbps 的设计中就会带来时序问题。保持严格的长度匹配，是高速差分布线的首要任务。

长度匹配方式有很多种，以下是本人喜欢用到的一些办法，各位如果有更好的方式，可以在评论区留言。

1. 差分线走线时，思考最有利的出线方式，否则会增加不耦合长度、增加对内误差长度，从而影响差分信号质量。例如以下几组对比：

A．调整一侧走线方向

B．调整两侧走线方向

总结： 

• 走线时要考虑出线方式是否最佳； 
• 模块化布局时，需要整整齐齐；整体布局后，结合走线情况，可以调整模块化布局时的扇出方式，使走线更合理；这里的调整也要注意美观性，不能太随意。

2. 差分线绕对内等长，本质是为了减小相位误差，原则上在线路长度不一致处进行补偿，速率越高，越要坚持此原则；对于速率不高的线路，通常习惯在阻抗不连续处（包括不耦合处）一次补偿完；对内等长的 3W2S 原则； 

3. 多个小波浪要紧相邻，即上图中的 B=D=F=H;

4. 对内小波浪连续长度尽量不要超过 200mil；见下图：长度超过 200mil，此时考虑是否可以通过改变出线方式减小对内误差，或者通过在其他相位不一致处进行补偿；

5. 小波浪要满足规范要求，下图 1 号突起满足规范，2 号不满足规范；L=3W；H=1gap；（W：差分线宽；gap：差分线的耦合间距）

6. 绕对间等长时，gap 优先 5W；空间比较密集时，可根据情况减小；

7. 差分线和其他线间距 4W 以上；一般不小于 15mil；通过间距规则进行约束；

注意：差分的 min line space 的值要小于等于 primary gap。

一般差分线在出线、拐角、换层的地方容易产生长度误差，因此匹配长度的时候，尽量选择在这些点进行走线长度补偿。

另外，高速差分线除了长度需要控制之外，还需要注意所有信号必须要有一个完整的参考平面，最好是地平面。在低频差分线布线中，有时可以使差分线跨分割，或者通过过孔换到其他层面，因为差分线中的电磁波能量大部分被控制在耦合差分对之间，参考平面的转换对其性能影响不是很大。但是在高于 5Gbps 的信号中，高频量的辐射和损耗本身就比较严重，就不能按照低频差分的处理方式来处理高频差分。在整个高频差分的布线中，必须保持一个完整并且一致的参考平面，如果没有办法，必须换层或者跨平面，那么最好在两个参考平面之间跨接一个 0.01uF 的电容，并且使其靠近信号换层处的过孔或者连接器管脚处。

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