【正文】 種典型的情況說明了差分對(duì)一個(gè)非常重要的性質(zhì)：當(dāng)信號(hào)線與返回平面間的耦合度大于兩信號(hào)線間的耦合度時(shí)，返回路徑平面中將會(huì)出現(xiàn)明顯的返回電流。此時(shí)，平面的存在會(huì)影響到差分阻抗。此時(shí)屏蔽層位置的改變將會(huì)輕微地改變差分阻抗。雙絞線的間距取決于絕緣層的厚度。如果將平面移到更遠(yuǎn)，每條線的單端特性阻抗增加，差分阻抗也會(huì)增加。此時(shí)返回路徑導(dǎo)體的存在對(duì)差分阻抗產(chǎn)生不了任何影響。并且返回平面中的電流不會(huì)出現(xiàn)重疊。圖 14示出了兩線間距減小時(shí)差分阻抗的變化情況。圖中傳輸線為 50歐姆、 5 mil寬的 FR4帶狀線。如果信號(hào)線 2被固定在 0電位，則阻抗接近于無耦合時(shí)的值。流經(jīng)信號(hào)線的電流將由下式?jīng)Q定： 因?yàn)閮蓷l信號(hào)線由方向相反的兩個(gè)跳變信號(hào)驅(qū)動(dòng)，電流從驅(qū)動(dòng)流入線 1，然后流向返回路徑。 0 111?ZC0 11 12 L11???Z C C C差分信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 2） 第二條走線也被驅(qū)動(dòng)并且信號(hào)與線 1相反，例如線 1上的信號(hào)從 0 V上升到 1 V，線 2上的信號(hào)從 0 V下降到 1 V。當(dāng)信號(hào)線相距非常近時(shí)，臨近信號(hào)線的存在會(huì)影響線 1的阻抗，這被稱為“臨近效應(yīng)”。下圖所示為當(dāng)兩條 50歐姆、 5 mil的 FR4帶狀線間的間距變化時(shí)相對(duì)互容和相對(duì)互感的隨線距的變化，即相對(duì)電容耦合與相對(duì)電感耦合的比值，如何隨間隔的變化而變化。由于相鄰導(dǎo)線的感應(yīng)渦流， L11將會(huì)有略微的減小 (最近時(shí)的減小量小于1％ )， L12會(huì)增加。下圖所示為單位長(zhǎng)度上負(fù)載電容 CL、單位長(zhǎng)度對(duì)角電容 C11及耦合電容C12的變化情況。耦合程度用單位長(zhǎng)度上的互感電容 C12與互感電感 L12表示。對(duì)差分信號(hào)來說，信號(hào)線末端的端接電阻和差分對(duì)的阻抗是相同的，這將會(huì)消除反射。下圖所示的就是一個(gè)差分線末端出現(xiàn)的模擬差分信號(hào)。根據(jù)阻抗的定義，差分信號(hào)的阻抗為 : 式中， Zdiff為差分阻抗； Vdiff為電壓差或差分信號(hào)變化； Ione為流入一條信號(hào)線后從其回路流出的電流； Vone為一條信號(hào)線與相鄰返回通路的電壓； Z0為單條線的單端特性阻抗。對(duì)差分對(duì)來說，若兩線離得足夠遠(yuǎn)，則每條線的單端阻抗 Z0為 50歐姆。 dif f 1 2??V V Vc o m m 1 21 ()2??V V V差分線的基本概念 ? 差分對(duì)和差分阻抗 ? 差分對(duì) 差分對(duì)是指一對(duì)存在耦合的傳輸線，每條線都可以用簡(jiǎn)單的單端傳輸線。而肖特基二極管具備以上的特征。 圖 7 肖特基二極管終端匹配 阻抗匹配 ? 二極管器件作為終端匹配元件時(shí)對(duì)于信號(hào)的性能具有很重要的作用。傳輸線末端的信號(hào)反射，導(dǎo)致負(fù)載輸入端上的電壓升高超過 VCC 和二極管 D1 的正向偏值電壓，使得該二極管正向?qū)ㄟB接到 VCC 上，從而將信號(hào)的過沖嵌位在 VCC 和二極管的閾值電壓的和上。 ? 缺點(diǎn)： AC 終端匹配技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是信號(hào)線上的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)時(shí)間上的抖動(dòng)，這取決于在此之前的數(shù)據(jù)模式。這是因?yàn)殡娙葜递^小的話會(huì)導(dǎo)致 RC 時(shí)間常數(shù)過小，這樣一來該 RC 電路就類型于一個(gè)尖銳信號(hào)沿發(fā)生器，從而引起信號(hào)的過沖與下沖；反之，較大的電容值會(huì)引入更大的功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對(duì)功耗要求高的系統(tǒng)。 圖 5 戴維南終端匹配 阻抗匹配 ? 考慮到芯片的驅(qū)動(dòng)能力，兩個(gè)電阻值的選擇必須遵循三個(gè)原則： ? 規(guī)則一： 兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等； ? 規(guī)則一： 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號(hào)為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)電流過大； ? 規(guī)則一： 與地連接的電阻值不能太小，以免信號(hào)為高電平時(shí)驅(qū)動(dòng)電流過大。 阻抗匹配 ? 戴維南終端匹配技術(shù) 戴維南終端匹配技術(shù)也叫做雙終端匹配技術(shù)，它采用兩個(gè)電阻 R1 和R2 來實(shí)現(xiàn)終端匹配。 ? 缺點(diǎn)：這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于終端匹配電阻會(huì)帶來直流功耗，匹配電阻的值通常為 50Ω到 150Ω，所以在邏輯高和邏輯低狀態(tài)下都會(huì)有恒定的直流電流從驅(qū)動(dòng)器流入驅(qū)動(dòng)器的直流負(fù)載中。在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，返回通路上吸收的電流通常都大于電源上提供的電流。因此，對(duì) TTL或 CMOS電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。 相對(duì)并聯(lián)匹配來說，串聯(lián)匹配不要求信號(hào)驅(qū)動(dòng)器具有很大的電流驅(qū)動(dòng)能力。而在接收端，由于傳輸線阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情況下接收器的輸出阻抗更高，這會(huì)導(dǎo)致大約同樣幅度值信號(hào)的反射，這稱之為附加的信號(hào)波形。阻抗匹配的技術(shù)可以說是豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用，需要衡量多個(gè)方面的因素。 ? 阻抗不匹配會(huì)有什么不良后果？ ? 在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣如果不匹配，則會(huì)形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡(jiǎn)單的理解，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)，有些地方信號(hào)弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。 一個(gè)傳輸線的微分線段可以用等效電路描述如下： 圖 1 傳輸線阻抗等效電路 阻抗匹配 傳輸線的等效電路是由無數(shù)個(gè)微分線段的等效電路串聯(lián) 。 特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個(gè)概念，它與傳輸線的長(zhǎng)度無關(guān)，也不能通過使用歐姆表來測(cè)量。 圖 2 阻抗計(jì)算 阻抗匹配 ? 阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。 阻抗匹配 ? 阻抗匹配方式 ? 在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。 在串行連接終端匹配技術(shù)中，由于信號(hào)會(huì)在傳輸線、串行連接匹配電阻以及驅(qū)動(dòng)器的阻抗之間實(shí)現(xiàn)信號(hào)電壓的分配，因而加在傳輸線上的電壓只有信號(hào)電壓的一半。 圖 3 串聯(lián)終端匹配 阻抗匹配 ? 優(yōu)點(diǎn)：串行連接終端匹配技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是這種匹配技術(shù)僅僅為每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器加入了一個(gè)電阻元件，因此相對(duì)于其它類型的電阻匹配技術(shù)來說匹配電阻的功耗是最小的，它沒有為驅(qū)動(dòng)器增加任何額外的直流負(fù)載，并且也不會(huì)在信號(hào)線與地之間引入額外的阻抗。比如電源 電壓為＋ CMOS驅(qū)動(dòng)器，在低電平時(shí)典型的輸出阻抗為37Ω，在高電平時(shí)典型的輸出阻抗為 45Ω； TTL驅(qū)動(dòng)器和 CMOS驅(qū)動(dòng)一樣，其輸出阻抗會(huì)隨信號(hào)的電平大小變化而變化。如果 R 同傳輸線的特征阻抗 Z0 匹配，那么匹配電阻將吸收造成信號(hào)反射的能量，而不管匹配電壓的值。 圖 4 并聯(lián)終端匹配 阻抗匹配 ? 優(yōu)點(diǎn)：并聯(lián)終端匹配的優(yōu)勢(shì)是這種類型的終端匹配方式僅需要一個(gè)額外的元器件。不適用與驅(qū)動(dòng)能力很小的 TTL或 CMOS電路。當(dāng) R1 和 R2 的并聯(lián)同信號(hào)線的特征阻抗 Z0 匹配時(shí)可以加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器的扇出能力。 ? 缺點(diǎn)：是會(huì)帶來直流功耗：?jiǎn)坞娮璺绞降闹绷鞴呐c信號(hào)的占空比緊密相關(guān)？；雙電阻方式則無論信號(hào)是高電平還是低電平都有直流功耗。對(duì)于 AC 終端匹配來說，電阻 R 的值必須同傳輸線的特征