差分對的等長等距:

差分對中兩個單端信號的延時差會導致接收端信號的錯位，引起差分信號的畸變，同時會產生共模噪聲導致接收端差分信號抖動增加。因此差分對設計的一個基本要求就是要盡量保持差分對兩條單端線延時相等。

圖8-27顯示了差分對中兩條單端線不同延時差情況下差分信號和共模信號的變化情況。假設信號上升時間為Tr。a圖為差分信號的邊沿變化，從左到右依次為：延時差等于0、延時差等于20%Tr、延時差等于50%Tr、延時差等于1倍Tr、延時差等于2倍Tr。b圖為對應的共模信號情況。兩條傳輸線延時差越大，差分信號畸變越嚴重，同時共模噪聲越大。

即使不考慮共模噪聲的影響，差分對兩條傳輸線的延時差也會影響信號的接收。對高速差分互連通常使用眼圖來評估信號的傳輸，從“眼睛”睜開的大小(高度及寬度)能看出接收信號的誤碼率相對大小，“眼睛”睜開的越大，接收的出錯概率越小。圖8-28顯示了精確端接共模信號情況下(去除共模信號的影響)接收端信號的眼圖，當兩條傳輸線延時差較大時，眼圖質量下降。由于差分信號的邊沿畸變，“眼睛”寬度變小，增加了接收出錯的可能性。
實際的差分互連通道，很難對共模信號精確地端接。考慮共模信號反射情況下，接收端眼圖質量還要進一步惡化。圖8-29顯示了無共模端接情況下，隨著延時差變大，接收端眼圖的變化情況。共模噪聲的反復反射震蕩會使眼圖的高度和寬度都明顯惡化，抖動和噪聲同時增大，因此控制兩條傳輸線的延時差對差分互連至關重要。

調整差分對中的兩條單端線的延時通常包括兩個方面的措施：

1)差分對的對內等長約束。

2)連接器兩個引腳的延時補償(如果存在延時差的話)。工程界所謂的差分對等長設計只不過是調整延時具體措施，差分對設計時應牢記調整的是兩條單端線的延時。差分對中兩條單端線延時差或長度差最大允許多少，沒有硬性的指標，需要根據具體情況來確定。通常希望延時差越小越好，但同時也要考慮到布線是否困難，因此最終的等長約束是設計難度和性能平衡后的結果。比如對于傳遞數據的高速差分互連，如果互連通道很短，信號的衰減很小，噪聲和抖動的余量都比較大，那么對等長要求可以適當放松。如果互聯通道很長，信號衰減很大，噪聲余量較小，那么等長約束就要嚴格一些。實際工程中驅動器的抖動性能和接收器的接收性能也是必須要綜合考慮的因素。在工程設計中，差分對兩條傳輸線長度差控制在10～20 mil之間并不太困難，如果使用板材FR4時，這個長度對應的延時差約為2.5 ps,對于上升時間為50 ps的信號，延時差約為上升時間的5%,對信號的影響很小。

差分線通常都是平行走線，由于兩條單端線之間的耦合，間距的變化會影響差分阻抗和共模阻抗，進而導致差分信號和共模信號的反射，因此差分線還需要盡量保持間距相等，這是差分線設計的另一個基本要求。當調整其中一條傳輸線長度時，需要繞線，繞線區域差分線的間距變大，在這個繞線的局部范圍內，差分阻抗變大，差分阻抗和線間距(gap)的關系如圖8-30所示。差分阻抗的變化并不是隨gap值增加而單調增加，當達到一定間距以后，差分阻抗幾乎不再變化。圖8-30顯示的是線寬為6mil,間距為9 mil,設計差分阻抗為100 Ω時，改變gap值對差分阻抗的影響，當gap增加到42 mil以上時，差分阻抗幾乎不再變化，穩定在118Ω附近。差分阻抗最大變化量約為18%。通常繞線區域很短，比如采用5w原則繞線，對于6mil的線寬，繞線區域長度也大約只有40 mil。對于上升時間不為0的信號來說，信號感受到的差分阻抗變化不會超過18%,圖8-31a顯示了上升時間為50 ps,gap分別為9mil、18 mil、30 mil、100 mil情況下信號感受到的阻抗變化情況，本例中不論間距gap達到多大值，信號感受到的阻抗變化不超過10%。

間距的變化改變了差分阻抗，因而差分信號到達繞線區域時發生反射，由于信號感受到的差分阻抗并沒有想象中的大，因此差分信號的反射并非想象中的那么嚴重，圖8-31b顯示了本例中差分信號的最大反射量約為5%。信號感受到的阻抗變化有多大，和信號的上升時間密切相關，信號上升時間越小，感受到的阻抗變化越大，但不會超過無耦合時的極限值，對于本例無論信號上升時間小到什么程度，阻抗變化都不會超過18%。繞線引起的線間距變化對差分信號的影響通常沒有想象中那么嚴重。

隨著線間距的變化，差分阻抗變化的同時，共模阻抗也發生變化，對共模信號來說，繞線所在區域也是一個阻抗不連續點，共模信號也會發生反射。正常情況下驅動器本身不會輸出很大的共模噪聲，如果差分互連通道各個部分(過孔、鏈接器等)阻抗做適當處理的話，由于繞線前延時差不大，共模信號的幅度也不大，共模信號的反射不會產生太大的問題。圖8-32顯示了速率為5 Gbps的信號在繞線之前兩條傳輸線的延時差為10 ps,而且接收端沒有對共模信號進行端接的情況下，線間距變化對眼圖的影響。可見正常情況下線間距gap的變化盡管對眼圖有影響，但是沒有想象中那么嚴重。

等長和等距是差分布線最基本的要求，在實現工程中這兩個要求是相互矛盾的，為了調整線長，通常要對其中一條線進行繞線處理，繞線區域必然發生線間距的變化。正常情況下，設計時應該優先保證等長要求。當然線間距變化確實存在一些影響，但是這些影響卻可以使用其他手段來進一步減小，考慮極端情況下，兩條線如果沒有任何耦合，每一條單端線的阻抗都是50 Ω,那么無論間距怎樣變化都不會影響差分阻抗和共模阻抗。如果差分對兩條線間距較大，兩條線間的耦合很弱，間距變化對阻抗的影響也會很小。正常情況下差分線的布線多采用平行走線，為了控制間距變化的影響，如非必要就不要改變間距，如果繞線處不得不改變間距，那么盡量在小范圍內改變間距。如果需要很長一段區間必須改變間距(多數都是過孔區域或BGA的下面),最好在該區域使用另外一種線寬和線距配置，以保證差分阻抗和共模阻抗不會發生大幅度的變化。

差分對的等長等距: