本文討論的主要內(nèi)容是作為電子元件主要連接方式的差分信號的發(fā)展現(xiàn)狀以及可能影響信號路徑性能的一些因素。在當(dāng)今這個特定的時間節(jié)點(diǎn)上，整個互聯(lián)網(wǎng)都在依靠差分信號傳輸數(shù)據(jù)。如果沒有這種信號傳輸方式，那么我們都極度依賴的互聯(lián)網(wǎng)和大量通信產(chǎn)品將失去活力，或者更準(zhǔn)確地講無法生存。


    好消息是，最新的IC能夠支持在PCB的差分對上發(fā)送速率高達(dá)32Gb/S(及以上)的數(shù)據(jù)；壞消息是，或者更準(zhǔn)確地說是行業(yè)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)，則是在如此高的速度下，用于制造PCB的疊層中很小的變化都有可能破壞數(shù)據(jù)路徑，因此在設(shè)計(jì)和制造這些數(shù)據(jù)走線時必須十分小心。破壞走線中數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖兞恐皇瞧?skew)。


    從問題的基本點(diǎn)出發(fā)，偏移是指差分對上的兩個信號的邊沿在到達(dá)差分接收器的端子時所呈現(xiàn)的錯位情況。偏移的后果是很顯然的。當(dāng)上述錯位足夠大時，數(shù)據(jù)路徑中的鏈路可能無法正常工作。


    此時有必要介紹一下差分對的定義以及它們的工作原理：


    * 差分對是一種信號路徑，有兩個幅度相同但相位相反的信號沿著這兩條路徑傳輸。


    * 接收器在其輸入端檢查“差分”電壓值，并根據(jù)電壓值判斷數(shù)據(jù)位是1還是0。


    * 所設(shè)計(jì)的接收器可以忽略信號中的“共?！狈至俊ǔＪ请妷浩?。這是這種信號協(xié)議的主要好處。


    匹配兩個不同信號的物理長度當(dāng)然不是個問題，原因如下：


    * 現(xiàn)代IC技術(shù)能夠保持小至1ps的封裝級對齊精度


    * 現(xiàn)代PCB版圖工具和連接器制造技術(shù)可能將長度匹配至1ps精度


    基于以上這些因素，似乎解決和管理偏移很大程度上是工程技巧。如果不是一些不太明顯的偏移源，情況當(dāng)然是這樣。


    偏移中隱藏的“秘密”


    如前所述，差分信號路徑長度的不同或錯位是引起偏移的原因。另外，偏移還可能是兩個差分信號路徑的速度不同引起的結(jié)果。在這兩種情況下，影響偏移的因素都是PCB疊層中的玻璃纖維織物。具體地講：


    * 測量表明，由于疊層中不均勻的玻璃纖維編織形成的14英寸路徑上會產(chǎn)生高達(dá)37ps的路徑長度差異。(這要比28Gb/S時一個比特的周期還長)


    * 當(dāng)差分對中的一根線沿PCB疊層中的樹脂傳輸、另一根線沿玻璃傳輸時，差分信號線對的速度會發(fā)生差異。沿著樹脂傳輸?shù)男盘杺鬏斔俣纫斓枚唷?br />

    首先，介紹一些基本知識：


    PCB中的疊層是玻璃纖維和樹脂的一種組合。玻璃纖維的介電常數(shù)大約是6，樹脂的介電常數(shù)一般不到3。


    在路徑長度和信號速度方面發(fā)生的問題主要是由于樹脂中的玻璃纖維增強(qiáng)編織方式引起的。較為普通的玻璃纖維編織中的玻璃纖維束是緊密絞合在一起的，因此束與束之間留出的大量空隙需要用樹脂填充。PCB中的平均導(dǎo)線寬度要小于玻璃纖維的間隔(編織間距與導(dǎo)線尺寸的比較請看圖2)，因此一個差分對中的一條線可能有更多的部分在玻璃纖維上、更少的部分在樹脂上，另一條線則相反(樹脂上的部分比玻璃纖維上的多)。基于這些因素，我們發(fā)現(xiàn)14英寸長的差分對可能有高達(dá)60ps的編織方式引起的偏移。這樣的偏移值對差分信號的性能有很大的影響。


    需要考慮的一些因素：


    * 用于制造PCB的玻璃纖維織物有許多樣式。最常見的玻璃纖維織物樣式如圖2中提供的照片所示。


    * 玻璃纖維織物樣式通過數(shù)字編號加以區(qū)分，如106, 1080, 1067, 1086, 2116, 3313等等。


    * 每種樣式對每英寸有多少條線以及線的尺寸是多少都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。然而，有關(guān)每個玻璃纖維束是如何構(gòu)成的卻沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。


    * 每個束可能緊密絞合在一起，或松散開來，但都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如圖所示，這些束的構(gòu)成方式對高速差分對的質(zhì)量有很大的影響。