差分对的等长等距:

差分对中两个单端信号的延时差会导致接收端信号的错位，引起差分信号的畸变，同时会产生共模噪声导致接收端差分信号抖动增加。因此差分对设计的一个基本要求就是要尽量保持差分对两条单端线延时相等。

图8-27显示了差分对中两条单端线不同延时差情况下差分信号和共模信号的变化情况。假设信号上升时间为Tr。a图为差分信号的边沿变化，从左到右依次为：延时差等于0、延时差等于20%Tr、延时差等于50%Tr、延时差等于1倍Tr、延时差等于2倍Tr。b图为对应的共模信号情况。两条传输线延时差越大，差分信号畸变越严重，同时共模噪声越大。

即使不考虑共模噪声的影响，差分对两条传输线的延时差也会影响信号的接收。对高速差分互连通常使用眼图来评估信号的传输，从“眼睛”睁开的大小(高度及宽度)能看出接收信号的误码率相对大小，“眼睛”睁开的越大，接收的出错概率越小。图8-28显示了精确端接共模信号情况下(去除共模信号的影响)接收端信号的眼图，当两条传输线延时差较大时，眼图质量下降。由于差分信号的边沿畸变，“眼睛”宽度变小，增加了接收出错的可能性。
实际的差分互连通道，很难对共模信号精确地端接。考虑共模信号反射情况下，接收端眼图质量还要进一步恶化。图8-29显示了无共模端接情况下，随着延时差变大，接收端眼图的变化情况。共模噪声的反复反射震荡会使眼图的高度和宽度都明显恶化，抖动和噪声同时增大，因此控制两条传输线的延时差对差分互连至关重要。

调整差分对中的两条单端线的延时通常包括两个方面的措施：

1)差分对的对内等长约束。

2)连接器两个引脚的延时补偿(如果存在延时差的话)。工程界所谓的差分对等长设计只不过是调整延时具体措施，差分对设计时应牢记调整的是两条单端线的延时。差分对中两条单端线延时差或长度差最大允许多少，没有硬性的指标，需要根据具体情况来确定。通常希望延时差越小越好，但同时也要考虑到布线是否困难，因此最终的等长约束是设计难度和性能平衡后的结果。比如对于传递数据的高速差分互连，如果互连通道很短，信号的衰减很小，噪声和抖动的余量都比较大，那么对等长要求可以适当放松。如果互联通道很长，信号衰减很大，噪声余量较小，那么等长约束就要严格一些。实际工程中驱动器的抖动性能和接收器的接收性能也是必须要综合考虑的因素。在工程设计中，差分对两条传输线长度差控制在10～20 mil之间并不太困难，如果使用板材FR4时，这个长度对应的延时差约为2.5 ps,对于上升时间为50 ps的信号，延时差约为上升时间的5%,对信号的影响很小。

差分线通常都是平行走线，由于两条单端线之间的耦合，间距的变化会影响差分阻抗和共模阻抗，进而导致差分信号和共模信号的反射，因此差分线还需要尽量保持间距相等，这是差分线设计的另一个基本要求。当调整其中一条传输线长度时，需要绕线，绕线区域差分线的间距变大，在这个绕线的局部范围内，差分阻抗变大，差分阻抗和线间距(gap)的关系如图8-30所示。差分阻抗的变化并不是随gap值增加而单调增加，当达到一定间距以后，差分阻抗几乎不再变化。图8-30显示的是线宽为6mil,间距为9 mil,设计差分阻抗为100 Ω时，改变gap值对差分阻抗的影响，当gap增加到42 mil以上时，差分阻抗几乎不再变化，稳定在118Ω附近。差分阻抗最大变化量约为18%。通常绕线区域很短，比如采用5w原则绕线，对于6mil的线宽，绕线区域长度也大约只有40 mil。对于上升时间不为0的信号来说，信号感受到的差分阻抗变化不会超过18%,图8-31a显示了上升时间为50 ps,gap分别为9mil、18 mil、30 mil、100 mil情况下信号感受到的阻抗变化情况，本例中不论间距gap达到多大值，信号感受到的阻抗变化不超过10%。

间距的变化改变了差分阻抗，因而差分信号到达绕线区域时发生反射，由于信号感受到的差分阻抗并没有想象中的大，因此差分信号的反射并非想象中的那么严重，图8-31b显示了本例中差分信号的最大反射量约为5%。信号感受到的阻抗变化有多大，和信号的上升时间密切相关，信号上升时间越小，感受到的阻抗变化越大，但不会超过无耦合时的极限值，对于本例无论信号上升时间小到什么程度，阻抗变化都不会超过18%。绕线引起的线间距变化对差分信号的影响通常没有想象中那么严重。

随着线间距的变化，差分阻抗变化的同时，共模阻抗也发生变化，对共模信号来说，绕线所在区域也是一个阻抗不连续点，共模信号也会发生反射。正常情况下驱动器本身不会输出很大的共模噪声，如果差分互连通道各个部分(过孔、链接器等)阻抗做适当处理的话，由于绕线前延时差不大，共模信号的幅度也不大，共模信号的反射不会产生太大的问题。图8-32显示了速率为5 Gbps的信号在绕线之前两条传输线的延时差为10 ps,而且接收端没有对共模信号进行端接的情况下，线间距变化对眼图的影响。可见正常情况下线间距gap的变化尽管对眼图有影响，但是没有想象中那么严重。

等长和等距是差分布线最基本的要求，在实现工程中这两个要求是相互矛盾的，为了调整线长，通常要对其中一条线进行绕线处理，绕线区域必然发生线间距的变化。正常情况下，设计时应该优先保证等长要求。当然线间距变化确实存在一些影响，但是这些影响却可以使用其他手段来进一步减小，考虑极端情况下，两条线如果没有任何耦合，每一条单端线的阻抗都是50 Ω,那么无论间距怎样变化都不会影响差分阻抗和共模阻抗。如果差分对两条线间距较大，两条线间的耦合很弱，间距变化对阻抗的影响也会很小。正常情况下差分线的布线多采用平行走线，为了控制间距变化的影响，如非必要就不要改变间距，如果绕线处不得不改变间距，那么尽量在小范围内改变间距。如果需要很长一段区间必须改变间距(多数都是过孔区域或BGA的下面),最好在该区域使用另外一种线宽和线距配置，以保证差分阻抗和共模阻抗不会发生大幅度的变化。

差分对的等长等距: