一、什么是差模干擾？

差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾，它定義為任何兩個載流導體之間的不希望存在的電位差。它通常由接地干擾、電源干擾等因素引起，這些因素可能導致系統運行不穩定、數據錯誤等問題。

二、如何消除差模干擾？

消除差模干擾的方法有以下幾種：

1.通過差模信號增加接地絕緣：在設計中使用絕緣放大器或絕緣變壓器等元件，將信號的差模分離，避免差模信號對接地的影響。

2.降低共模噪聲：通過設計合適的濾波器、使用低噪聲電源等方法來降低共模噪聲的水平，減少差模干擾。

3.優化接地電路：在PCB設計中，合理規劃接地布局，減少接地路徑，降低接地電阻，避免形成環路等不良影響。

4.增加防護措施：采取屏蔽、屏蔽線等措施，保護外部電磁場，減少差動模塊的干擾。

5.提高信號彈簧性能：通過使用適當的信號控制技術，如差分驅動和差分接收，可以提高信號彈簧的性能和抗干擾性能。

總之，消除差分模塊的干擾需要綜合考慮信號源、接收器、傳輸介質和接地等因素。以及相應的優化和改進措施。在高速PCB設計中越來越多地使用差分信號，并且電路中最重要的信號通常具有差分結構。

為什么這樣呢？和普通的單端信號走線相比，差分信號有抗干擾能力強、能有效抑制EMI、時序定位精確的優勢。

三、應用中布線的要求

在電路板上，差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。

1.等長

等長是指兩條線的長度要盡量一樣長，是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性。減少共模分量。

2.等寬和等距

等寬是指兩條信號的走線寬度需要保持一致，等距是指兩條線之間的間距要保持不變，保持平行。

3.阻抗最小變化

當設計具有差分信號的PCB時，最重要的事情之一是確定應用的目標阻抗并相應地規劃差分對。此外，阻抗變化保持盡可能低。差分線路阻抗取決于線路寬度、線路耦合、銅厚度、PCB材料和堆疊等因素。當你試圖避免任何改變差分阻抗的事情時，可考慮以上情況。

四、常見問題誤區

誤區一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。

這種誤解的原因是對表面現象的混淆或對高速信號傳輸機制的理解不足。差分電路對電源和地面上可能存在的類似和其他噪聲信號是不敏感的。

在PCB電路設計中，差分線之間的耦合通常較低，通常為耦合度的10%至20%，更多的是對地耦合，因此差分走線的主要回流路徑始終存在于地平面上。

當局部平面在沒有參考平面的情況下斷裂時，差分走線之間的耦合將提供主回路，雖然參考平面斷裂對差分走線的影響對單端走線來說并不嚴重，但它降低了差分信號的質量，并可能增加了EMI，所以要盡量避免。

誤區二：認為保持等間距比匹配線長更重要。

在實際PCB布線中，差分設計的要求往往不能同時滿足，由于腳管分布、過孔和步線空間等因素，必須通過適當的繞線來實現線路長度匹配的目標，但結果是：差分線的一部分不能平行。

PCB差分走線的設計中最重要的規則就是匹配線長，其它的規則都可以根據設計要求和實際應用進行靈活處理。

差分信號實際應用電路圖

誤區三：認為差分走線一定要靠得很近。

差分線的靠近只不過是加強它們的耦合，提高對噪聲的免疫力，并充分利用磁場的相反極性來抵消外界的電磁場干擾。

雖然這種方法在大多數情況下非常有用的，但它不是絕對的，如果我們確保它們完全免受外部干擾，我們將不再需要允許彼此之間的強大通信來實現防止干擾和抑制EMI的目標。

如何保證差分線的良好隔離和保護？增加與其他信號線的距離是最基本的方法之一，電磁場能量根據距離的平方關系減小，當線路之間的總距離是線路寬度的4倍時，它們之間的干擾非常微弱，基本上被忽略。

此外，通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結構在高頻的（10G以上）IC封裝PCB設計中經常會采用，被稱為CPW結構，可以保證嚴格的差分阻抗控制。

編輯：黃飛

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