在之前的文章中，我们讨论了差分线、差分信号与差分阻抗等概念，这些知识点虽然复杂，但却是理解高速信号传输的基础。今天，我们将深入探讨为什么TX和RX信号需要分层走线，并给出具体的实施步骤。
首先，我们需要明确一个基本原理：传输线的速度并不完全由信号的频率决定，而是由电力线穿过的介质的有效介电常数决定。在微带线中，由于导体一部分处于介质材料中，一部分处于空气中，介电常数是一个复合值，导致奇模信号（差分信号）和偶模信号（共模信号）的传播速度不同。而在带状线中，导体周围的介质材料较为均匀，有效介电常数稳定，奇模和偶模信号的传播速度基本一致。
在实际应用中，差分对往往不是以单一驱动模式存在，而是奇模和偶模信号共存。在微带线中，由于两种信号的传播速度不同，会导致时间差，进而产生远端噪声。而在带状线中，由于传播速度一致，远端噪声可以忽略不计。
为了解决这一问题，我们提出了TX和RX信号分层走线的解决方案。具体步骤如下：
1. **设计初期规划**：在设计PCB布局时，首先明确高速差分信号的走线需求，确定哪些信号需要走带状线，哪些可以走微带线。
2. **分层设计**：将TX信号和RX信号分别安排在不同的层。通常，高速差分信号优先选择带状线，以确保信号传输的稳定性和减少远端噪声。
3. **层间隔离**：在TX和RX信号层之间设置适当的隔离层，如地平面或电源平面，以减少层间串扰。
4. **走线优化**：在每一层内，确保差分对的走线尽量平行且等长，避免不必要的弯曲和交叉，以减少信号失真。
5. **阻抗匹配**：根据所选介质材料和走线宽度，计算并调整差分对的阻抗，确保阻抗匹配，减少反射。
6. **仿真验证**：在设计完成后，使用仿真软件对高速差分信号的传输进行仿真验证，检查是否存在远端噪声和串扰问题，并进行优化调整。
7. **实际测试**：在PCB制作完成后，进行实际测试，验证信号传输质量，确保设计符合预期。
通过以上步骤，可以有效避免TX和RX信号在同一层走线时产生的近端串扰噪声，提高信号传输的稳定性和可靠性。
总之，TX和RX信号分层走线不仅是一个理论问题，更是一个需要综合考虑多种因素的实践问题。通过科学的规划和细致的设计，我们可以有效解决高速差分信号传输中的难题，确保系统的稳定运行。
新的一年又来了，又是一年开学季，学习不能停，我们去年未完的学习笔记系列文章又要开始和大家见面了。
在上一篇学习笔记之差分线的那些事里面我们提到过关于差分线的很多概念，比如差分线，差分信号与差分阻抗，共模信号与共模阻抗，以及奇偶模态等，这些概念确实是很容易让人摸不着头脑，需要不断回顾反复琢磨才能好好的消化。
记得去年的爆款文章“TX RX信号为什么要分层走”主要是从应用的角度来分析高速差分信号的串扰问题，没看过的或者忘记内容的童鞋可以再点击上面的文字链接。
今天我们从基础原理上也来解释下为什么TXRX信号要分层走。
在之前的传输线基础文章中提到过，传输线的速度不是由信号本身的频（速）率决定的，而是由电力线穿过的介质的有效介电常数决定的。在微带线中，对于电力线而言，由于导体一部分处于体介质材料中，一部分处于空气中，介电常数是一个复合值，有效介电常数会比实际介质的介电常数小，此时对于差分线来说，如果信号处于奇模状态下（即差分信号驱动），多数电力线位于空气中，如果信号处于偶模状态下（即共模信号驱动），多数电力线处于体材料（介质）中，由于这个原因，奇模信号比偶模信号有一个稍微小一点的有效介电常数，因此差分信号（奇模）比共模信号（偶模）在微带线中传播速度更快。
而在带状线中，导体周围的介质材料可以说是均匀的（上下材料之间差异不大），对于电力线来说，有效介电常数始终等于体介电常数，此时差分线的驱动模式对传播速度基本没有影响，即差分信号（奇模）与共模信号（偶模）速度是相等的。如下图一描述了两种模态分别在微带线和带状线状态下的电场分布。
所以问题就来了，通常我们的差分对不是纯粹以单一的驱动模式存在，而是两种模式同时共存，也就是说差分线中差分信号和共模信号是共存的。前面传输线基础里面也讲到了，差分信号和共模信号是构成差分对的两个分量，所以在微带线中尽管它们同时出发，但经过一段传输线后，速度较快的信号分量（差分信号）将会先到达远端，此时在信号分量上面就有了时间差，这个时间差就会导致在最终接收的时候信号上出现远端噪声。这也是为什么说高速差分信号尽量走带状线而不走微带线的原因，因为微带线的远端噪声会更大。而带状线由于相对介电常数较稳定，差分分量和共模分量速度基本一致，所以在接收端带来的分量时间差很小，从而远端噪声也很小，基本可以忽略。
于是TXRX分层走也就可以解释了，分层走是为了避开远端串扰噪声的影响。通常我们的高速差分走线都走成带状线，而带状线前面解释过了，相对介电常数比较稳定，所以有很小或者基本没有远端串扰噪声，此时同向的信号如TX在同一层接收端是不会互相干扰的，而接收端也正好是我们需要的信号。如果TXRX走在同一层且靠近一起，那么对于TX的接收来讲，旁边正好是RX的发送端，此时RX的发送端是有近端串扰噪声的，这个噪声就会影响到TX的接收，这种情况是我们需要尽量去避免的。
（作者：周伟）
