高速數據傳輸設計：對于差分對的要求

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等很多現代通信系統中很普遍。信息革命對通過傳輸介質傳送數據提出了巨大挑戰。目前的傳輸介質仍然依賴于銅線，數據鏈路中的信號速率可以達到大于25Gbps，并且端口吞吐量可以大于100Gbps.
　　這些串行數據傳輸設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據。A線路和B線路內的信號是等振幅、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，差分信號的預計到達時間是一樣的，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信號，然后正確地采樣和恢復數據，從而實現無誤差數據傳輸。
　　
　　圖1：理想差分對的電氣屬性
　　對于差分對的要求
　　一個良好設計差分對是成功進行高速數據傳輸的關鍵因素。根據應用的不同，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。
　　●差分信號應該在到達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該大致相等。
　　◎每條線路的傳播延遲應該大致相等。
　　總之，我們應該尋求相等并且相當恒定的奇模阻抗，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。我們也應當使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數據。
　　為了滿足上述要求，A線路和B線路應該在它們的物理布局布線中保持高對稱。發射器和接收器也應該在它們的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線路上的電氣負載相等。
　　設計差分對，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結構、連接器和電纜連接子系統進行傳播。實現完全對稱的差分對是件不太容易的事情。
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