PCB差分走线：你必须懂的设计要点
来源：捷配
时间: 2025/12/29 09:19:54
阅读: 10
问：什么是差分走线？为什么高频高速信号都爱用它？
答：差分走线是高频 PCB 设计中最常用的高速信号传输方式，它不是一条走线，而是一对 “孪生” 走线 —— 两条走线长度相等、宽度相同、间距恒定，信号在两条走线上以差分对的形式传输：一条走线上的信号是正相（V+），另一条是反相（V-），负载端接收的是两条走线的信号差值（Vdiff=V+-V-）。
那为什么高频高速信号都青睐差分走线呢？核心原因有三点。
第一，抗干扰能力超强。在差分走线中，两条走线靠得很近，外界的电磁干扰（比如电源噪声、其他信号线的串扰）会同时耦合到两条走线上，形成大小相等、极性相同的共模噪声。而负载端只关心两条走线的信号差值，共模噪声会被自然抵消，所以差分走线能在嘈杂的电磁环境中，稳定传输清晰的信号。
打个比方，差分走线就像一对双胞胎，他们一起出门，遇到的风雨（外界干扰）是一样的，回到家后，他们只需要对比彼此身上的差异，就能知道出门时发生的 “特殊事件”（有用信号），而那些共同经历的风雨，会被忽略掉。
第二，电磁辐射小。因为差分走线的两个信号极性相反，它们产生的磁场方向也相反，两个磁场会相互抵消，对外的电磁辐射就会大幅降低，这能有效减少 PCB 的 EMI，让产品更容易通过 EMC 认证。
第三，能精准控制阻抗。差分走线的阻抗是 “差分阻抗”，指的是两条走线之间的阻抗，常见的差分阻抗值有 90Ω、100Ω、120Ω 等。和单端阻抗一样，差分阻抗也可以通过调整走线宽度、间距、介质厚度来精准控制，而且差分走线的阻抗稳定性比单端走线更好，更适合高频信号传输。
问：差分走线设计时，“等长” 是必须的吗？不等长会有什么后果？
答：等长是差分走线设计的第一铁律，没有商量的余地。咱们刚才说过，差分信号的核心是负载端接收两条走线的信号差值，如果两条走线长度不一样，信号到达负载端的时间就会不同，出现 “时延差”。
时延差会导致什么问题呢？首先，信号的相位差会发生变化，原本反相的两个信号，不再是严格的反相关系，负载端计算差值时，有用信号会被削弱；其次，时延差会引入共模噪声 —— 因为两个信号不同步，外界干扰就不能被完全抵消，抗干扰能力会大打折扣；最后，在高频高速电路中，时延差还会导致信号波形失真，出现误码，严重影响通信的稳定性。
比如咱们设计 USB3.0 的差分走线，规范要求两条走线的长度差不能超过 5mil（1mil=0.0254mm），如果超过这个范围，USB 的传输速度就会下降，甚至出现设备识别失败的情况。
那怎么保证差分走线等长呢？如果走线需要绕线，就要采用 “蛇形走线” 的方式来补偿长度差。但要注意，蛇形走线会增加走线的电感，可能会影响信号传输，所以绕线时要尽量减少蛇形的数量和长度，只要满足等长要求就行。
问：差分走线的间距要怎么控制？是越近越好吗？
答：差分走线的间距控制，核心是为了保证差分阻抗的稳定，不是越近越好，也不是越远越好，要根据设计要求的差分阻抗值来确定。
咱们之前说过，差分阻抗是由走线宽度、间距、介质厚度和介电常数共同决定的。在其他参数不变的情况下，走线间距越小，差分阻抗就越低；间距越大，差分阻抗就越高。比如我们要设计 100Ω 的差分阻抗走线，根据板材的介电常数和介质厚度，计算出走线宽度是 0.25mm，间距是 0.3mm，那这个间距就是最优间距，不能随便改。
如果间距太小，除了会导致差分阻抗不达标，还可能增加走线之间的寄生电容，影响信号的传输速度；如果间距太大，差分走线的 “耦合效应” 会减弱，抗干扰能力和辐射抑制能力都会下降，就失去了差分走线的优势。
还有一个要注意的点：差分走线的间距要全程保持恒定，不能忽宽忽窄。如果间距变化，差分阻抗就会跟着变化，信号传输时会产生反射，导致波形失真。比如在走线转弯的地方，要注意保持间距不变，最好采用圆弧转弯，避免间距被拉大或缩小。
问：差分走线需要做阻抗匹配吗？和单端走线的匹配方式有什么不同？
答：当然需要，阻抗匹配是所有高频信号传输的核心要求，差分走线也不例外。不过差分走线的阻抗匹配是差分阻抗匹配，和单端走线的单端阻抗匹配，方式上有一些区别。
单端走线的阻抗匹配，通常是在信号的源端或负载端，串联或并联一个电阻，让电阻的阻值等于传输线的单端阻抗，比如 50Ω 的单端走线，就匹配 50Ω 的电阻。
而差分走线的阻抗匹配，是要让负载的差分阻抗等于传输线的差分阻抗。常见的差分阻抗匹配方式有两种：一种是端接差分电阻，在差分走线的负载端，跨接一个电阻，电阻的阻值等于差分阻抗值，比如 100Ω 的差分走线，就跨接一个 100Ω 的电阻；另一种是对称端接单端电阻，在两条差分走线的负载端，分别对地接一个电阻，两个电阻的阻值之和等于差分阻抗值，比如 100Ω 的差分走线，每条走线对地接一个 50Ω 的电阻。
具体采用哪种匹配方式，要根据芯片的要求和电路的拓扑结构来决定。比如一些高速差分芯片，内部已经集成了差分端接电阻，外部就不需要再额外加电阻了；如果芯片内部没有集成，就需要在外部设计端接电阻。
差分走线是高频 PCB 信号传输的 “利器”，但用好它的关键是抓住 “等长、等宽、等间距” 这三个核心要点，再配合精准的差分阻抗匹配，就能让高频高速信号传输得又稳又快。
微信公众号
微信小程序
抖音视频号
浙公网安备 33010502006866号