消除高速数字电路串扰的差分对排列方式

摘要

本发明公开了一种消除高速数字电路串扰的差分对排列方式，包括第一差分对和第二差分对，每组差分导线均系由两根差导线组成。该第一差分对和第二差分对呈几何多边形排列，其排列形状有多种组合变化形式，并且相互作用的差分对之间设有接地层，用于减小来自彼此的串绕，其中，第一差分对和第二差分对均可作为干扰源或被干扰对象。通过恰当的位置排配，差分对中干扰源作用于被干扰对象上的串扰可以被消减至最小甚至为零。

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种高速数字电路的差分对布线方式，尤其是关于一种能够消除高速数字电路中串扰的差分导线组合方式。

【背景技术】

串扰的起因是由于一个信号在传输信道上传输时，因电磁耦合而对相邻近的传输线产生影响，在被干扰的信号上表现为注入了一定的耦合电压和耦合电流。在数字电路设计领域中，串扰是广为存在的，而且随着信号速率的提高和产品外型尺寸越来越小，数字系统总串扰也急剧增加，过大的串扰会影响到系统性能，甚至引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。

针对这种情况，业界通常所采用的方法之一便是利用差分式布线方式，常用方式之一如图1所示，图中有第一差分对120和第二差分对130两组差分对，该两组差分对是位于同一布线层并行排开。若以100欧姆的差分导线为例，其线宽为5密耳(mil)，则差分导线之间距维持在10密耳左右。而实际中差分对与对之间的布局规则需要间隔尽可能大，方能减小差分对与对之间的相互干扰，即使以20密耳计，则在PCB板上按照此种方式布局两组差分对也至少需要80密耳的空间，这与当PCB板的布局密集的要求显然不能兼容，虽然，也可以采取减小差分导线宽度的做法，但是，这样会提升制作工艺上的难度，增加工业成本。

因此，若想有效的消除高速数字电路中的串扰，差分对的布线排列方式起到了至关重要的作用。美国专利公告第6,017,247揭示了一种差分对布线方式，每对差分对至少弯折一次，从而可以与相邻的差分对错开位置，避免近端串扰。但是这种布线方式需要满足一定之线长关系，方能有效之消除串扰，而这样无疑会使得布线变得更加错综复杂，增加布线的长度及密度，不适用于高密度布线的电路格局。

因此，实有必要提供一种适用于高密度高速数字电路且布局更为合理的差分布线方式，以有效消除串扰信号的影响。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种可用于高速数字电路的差分对排列方式，并且是串扰可被有效削弱甚至在某些情况下可以抵消的差分对排列，从而可以获得差分对上所受串扰趋近于零的预期效果。

本发明的特征在于该第一差分对和第二差分对呈几何多边形排列，其排列形状有多种组合变化形式，并且相互作用的差分对之间设有接地层，用于减小来自彼此的串绕，其中，第一差分对和第二差分对均可作为干扰源或被干扰对象。通过恰当的位置排配，差分对中干扰源作用于被干扰对象上的串扰可以被消减至最小甚至为零。

本发明的优点在于可以在有效节省布线空间的同时，将串扰减少至最小甚至为零，顺应了高速数字电路发展的需求。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是现有的差分对排列方式。

图2是本发明处于介电常数ε_γ相同的材质中呈矩形排列的差分对排列示意图。

图3是本发明处于介电常数ε_γ不同的材质中呈梯形排列的差分对排列示意图。

图4是本发明处于介电常数ε_γ不同的材质中呈平行四边形排列的差分对排列示意图。

【具体实施方式】

在高速数字电路中，串扰的大小与布线间的间距成反比，与布线间的平行长度成正比，同时影响串扰的因素还包括：导线的宽度，导线的厚度，介质的介电常数，介质的厚度，焊盘的厚度，地线的路径以及布线外围的布线等等，因此，在布线之时，要综合协调多方面因素，最终获取减小串扰甚至使之为零的效果。

本发明的较佳实施例之一中，差分对的排列方式可以如同图2所示，该图是处于介电常数ε_γ相同的材质中呈矩形排列的差分对排列，在两对相互干扰的第一差分对220和第二差分对230之间设有一接地层240，该接地层240是位于第一差分对220的正下方，第二差分对230的正上方。该接地层240可以完全屏蔽来自对方差分对的串扰，从而使得每一差分导线上所受的串扰为零。

请一并参看图3与图4，此两图为处于介电常数ε_γ不同的材质中的差分对，在两图中，第一差分对与第二差分对之间设有第一接地层和第二接地层，并且第一接地层均是与第一差分对位于同一层，第二接地层均是与第二差分对位于同一布线层。在图3中，该第一接地层350包括两部分，分别位于第一差分对320两端，并位于第二差分对330的差分导线331、332的正上方。该第二接地层340则只有一部分，且位于第二差分对330的差分导线331、332之间以及第一差分对320的差分导线321、322的正下方。该第二接地层340和第一接地层350除了可以提高有效阻抗之外，还可以起到屏蔽大部分串扰的功效。由于相互作用的差分对排列非对称性问题，每一单端导线上所受到的串扰并不能抵消平衡，但是可以消减到趋近于零，就整组差分对而言，也是可以获得差分总和处于误差可以允许范围内的效果。在图4中，第一接地层450只包括一部分，其是位于第二差分对430的正上方，第二接地层440也只有一部分组成，其是位于第一差分对420的正下方，该接地层440、450也具有提高有效阻抗，屏蔽大部分串扰的功效。