在探討哪幾種差分線需要在拐角處做圓弧處理前，我們先來(lái)了解一下差分線。差分線是承載差分信號(hào)的一對(duì)走線，差分信號(hào)在高速電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，如 USB、HDMI、PCI、DDR 等。差分線具有抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制 EMI、時(shí)序定位精確等諸多優(yōu)勢(shì) 。

在 PCB 布線過(guò)程中，我們常常會(huì)遇到走線需要拐彎的情況，常見(jiàn)的拐彎方式有直角、45 度角和圓弧。直角拐彎雖然簡(jiǎn)單直接，但在高頻工作條件下，傳統(tǒng)的 90° 直角轉(zhuǎn)彎會(huì)引入嚴(yán)重的阻抗不連續(xù)，導(dǎo)致信號(hào)反射、串?dāng)_增加和 EMI 輻射等問(wèn)題。特別是在轉(zhuǎn)角處，若兩條差分線路長(zhǎng)度不匹配或阻抗特性發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致共模轉(zhuǎn)差?，F(xiàn)象，破壞差分對(duì)的電磁平衡特性 。這是因?yàn)樵谥苯枪战翘帲~箔幾何形狀變化明顯，會(huì)造成傳輸線寬的變化，進(jìn)而引發(fā)阻抗突變。

相比之下，45° 斜角轉(zhuǎn)角和圓弧過(guò)渡轉(zhuǎn)角在一定程度上能夠改善這種情況。研究表明，45° 斜角或 1/3W(W 為線寬)的圓弧過(guò)渡可減少近 40% 的阻抗突變 。從信號(hào)延遲的角度來(lái)看，差分線拐彎時(shí)內(nèi)側(cè)和外側(cè)的走線長(zhǎng)度不一樣，信號(hào)的延遲也不一樣，這是信號(hào)中部分差模成分轉(zhuǎn)化為共模成分的主要原因之一。而采用圓弧過(guò)渡，能使差分線的長(zhǎng)度差相對(duì)更小。例如，在相關(guān)的 3D 電磁場(chǎng)求解器 simbeor 仿真研究中，微帶線線寬 15mil，線距 22mil 的情況下，90 度拐角兩根線的長(zhǎng)度差是 209.5mil，45 度拐角兩根線的長(zhǎng)度差 63mil，圓弧拐角兩根線的長(zhǎng)度差 59mil 。

那么，究竟哪幾種差分線需要在拐角處做圓弧處理呢?

高速差分線

一般大于 5Gbps 的高速差分信號(hào)對(duì)干擾和抖動(dòng)等都很敏感。以 6.25Gbps 差分信號(hào)來(lái)講，其碼元時(shí)間長(zhǎng)度僅為 160ps，而 FR4 PCB 線路中微帶線上的信號(hào)大概以每英寸 180ps 的速度傳送，50mil 的布線差別就會(huì)導(dǎo)致大約 9ps 的時(shí)序偏移 。在高速傳輸時(shí)，信號(hào)的完整性至關(guān)重要，任何微小的干擾都可能導(dǎo)致信號(hào)失真、誤碼等問(wèn)題。高速差分線在出線、拐角、換層的地方容易產(chǎn)生長(zhǎng)度誤差，而圓弧處理有助于減少因拐角帶來(lái)的長(zhǎng)度差，保持信號(hào)的等長(zhǎng)傳輸。同時(shí)，高速差分線對(duì)阻抗連續(xù)性要求極高，在整個(gè)信號(hào)通路上需保持一致的阻抗特性。直角拐角處的阻抗突變對(duì)高速信號(hào)影響極大，圓弧過(guò)渡能有效降低這種突變，保證信號(hào)質(zhì)量 。

對(duì)信號(hào)完整性要求苛刻的差分線

在一些高精度的模擬電路、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等場(chǎng)景中，對(duì)信號(hào)完整性要求極為苛刻。例如運(yùn)算放大器差分信號(hào)的 PCB 布線，需遵循嚴(yán)格的原則以確保信號(hào)完整性和抗干擾能力。這類差分線不僅要保證平行走線、長(zhǎng)度匹配(誤差 < 5mil)、阻抗控制，還要遠(yuǎn)離干擾源等 。拐角處的處理不當(dāng)很容易引入額外的干擾，破壞信號(hào)的穩(wěn)定性。采用圓弧處理能在一定程度上減少信號(hào)反射和傳輸信號(hào)的失真，滿足這類對(duì)信號(hào)完整性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。

長(zhǎng)距離傳輸?shù)牟罘志€

對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸?shù)牟罘志€，信號(hào)在傳輸過(guò)程中本身就會(huì)面臨衰減、干擾等諸多問(wèn)題。例如 RS485、CAN 線等，為了追求更遠(yuǎn)的傳輸距離，通常采用差分走線的方式 。在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，拐角處的信號(hào)損失如果積累起來(lái)，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)無(wú)法被正確識(shí)別。圓弧拐角能減少信號(hào)在拐角處的損耗，相較于直角拐角，能更好地保證信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中的質(zhì)量，降低誤碼率。

在實(shí)際的 PCB 設(shè)計(jì)中，我們還需要綜合考慮其他因素。比如，從加工制造的角度來(lái)看，過(guò)于復(fù)雜的圓弧設(shè)計(jì)可能會(huì)增加 PCB 的制造成本和難度。在布局布線空間有限的情況下，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的圓弧拐角，此時(shí)可能需要采用其他補(bǔ)償方式，如在差分線的兩端通過(guò)繞小波或大波進(jìn)行走線匹配，或者在阻抗受控過(guò)孔(Z-tuned via)輔助下進(jìn)行層間轉(zhuǎn)移補(bǔ)償?shù)?。

并非所有差分線在拐角處都需要做圓弧處理，但高速差分線、對(duì)信號(hào)完整性要求苛刻的差分線以及長(zhǎng)距離傳輸?shù)牟罘志€，在條件允許的情況下，采用圓弧拐角處理能顯著提升信號(hào)質(zhì)量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行 。在具體的 PCB 設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)實(shí)際的電路需求、成本、布局布線空間等多種因素，權(quán)衡選擇最合適的拐角處理方式。