阻抗匹配與差分線設(shè)計(jì)(存儲版)
【正文】 時第一條線的返回電流可以看成由第二條信號線來傳送。 圖 18 差分對的 型端接和 T型端接結(jié)構(gòu) (可以同時端接差分信號和共模信號 ) 差分信號設(shè)計(jì)中存在的問題 及其解決方案 ? 奇模狀態(tài)與偶模狀態(tài)的影響 ? 共模阻抗 為了克服反射，在每根差分線上加的終端匹配電阻應(yīng)為奇模阻抗 Zodd，而不是 Zo。下面兩圖分別反映了差分驅(qū)動器跳變時的錯位以及差分線的不對稱（一條走線比另一條多了一個容性負(fù)載）的情況下對差分信號質(zhì)量的影響。這就是要使所有非對稱降到最小的原因。當(dāng)信號從源端傳到負(fù)載時，在能量返回系統(tǒng)中一定存在返回電流。當(dāng)返回的電流與它們原來的信號通路不匹配 (比如在平面內(nèi)有裂縫等 )，或者幾個信號有公共返回區(qū)域，共模電流就產(chǎn)生了。并且差分對中距動態(tài)線較近的那條線中會有較大的噪聲。 受害差分對中的共模噪聲是兩條線上的噪聲電壓的平均值。 此外，通常我們使兩條信號線中產(chǎn)生的噪聲越趨于相等，差分噪聲就越少。 (2) 能有效抑制 EMI，對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。由于 EMI與環(huán)路面積有關(guān)。 。因?yàn)椴罘中盘柺谴笮∠嗟取⒎? 向相反的，如果差分線對的兩條信號線的長度不同， 就有電流流入“地”，產(chǎn)生嚴(yán)重的共模 EMI問題。 — 非理想的返回路徑的差分阻抗突變有所減弱。即使差分對做到完全對稱，串?dāng)_仍然會導(dǎo)致差分線上產(chǎn)生共模電壓。在圖 ，在弱耦合的被干擾差分線上，差分噪聲大約為 ％，在緊耦合的被干擾差分線上，差分噪聲只有該值的一半。 (3) 通過添加共模扼流器的辦法來增加共模電流路徑的阻抗。 共模電流起源于公共金屬結(jié)構(gòu) (比如電源面和接地面 )中的公共電流。 ? 差模輻射 差分模式輻射是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)里的 RF電流回路中電流的流動引起的。將錯位保持在最小限度的一個重要原因，是保證差分信號向共模信號轉(zhuǎn)換最小。 ? 差分阻抗與奇模阻抗、共模阻抗與偶模阻抗 — 差分阻抗與奇模阻抗的關(guān)系 差分阻抗是奇模阻抗的 2倍： — 共模阻抗與偶模阻抗的關(guān)系 共模阻抗是偶模阻抗的 1/2： dif f od d2??ZZe v e n e v e n e v e nc o m m e q u i ve v e n e v e n 2?? ? ??Z Z ZZZ ZZ差分信號設(shè)計(jì)中存在的問題 及其解決方案 ? 差分信號的錯位與失真 如果某些因素使得差分線中的一條受到影響而另一條未受到影響，差分信號就會失真，使得部分差分信號轉(zhuǎn)換為共模信號。減小反射的一種方法就是在差分對末端加上一個與差分匹配阻抗的電阻性阻抗。而當(dāng)兩信號線間的耦合度遠(yuǎn)大于信號線與返回平面間的耦合度時，平面中的大部分返回電流會疊加、抵消。 圖 16 屏蔽體的半徑增大時單端雙絞線與屏蔽層間的 單端特性阻抗和雙絞線的差分阻抗的變化情況 差分信號的阻抗分析與計(jì)算 ? 側(cè)面耦合的帶狀線 對側(cè)面耦合帶狀線而言，也存在著同樣的效應(yīng)。此時，返回路徑平面的存在將不會再影響差分阻抗。任何改變電流分布的因素都將會改變差分對的差分阻抗。差分信號驅(qū)動在這兩條信號線上驅(qū)動兩個相反的信號。 1 1 1 2o n e R 1 1 o n e 1 2 o n e o n e L 1 21 1 1 2dd 2 ( )dd??? ? ? ? ? ? ??????VVI V T C V C V V C CCC tt差分信號的阻抗分析與計(jì)算 3） 假設(shè)給第二條信號線加上與第一條信號線相同的信號，由于兩條信號線之間不存在電壓差，所以對驅(qū)動來說，只有電容 C11存在，這就意味著要驅(qū)動的電容減小了。 那么線 1的阻抗將取決于負(fù)載電容。但是，即使在間距更緊密的情況下，間距等于線寬，最大的相對耦合度 (即 C12/C11或 L12/L11)仍小于 15%。當(dāng)信號線 1與其返回路徑的一些邊緣區(qū)域被相鄰信號線干擾時， C11將減小， C12會增加。圖中差分對互連末端沒有端接，并且差分對之間沒有耦合。 傳輸線上的跳變差分信號是兩條信號線上的差信號。 ?共模信號 Vm Vm定義為： 即共模信號用兩條信號線上平均電壓表示。因?yàn)槎O管不會吸收任何的能量，僅僅只是將能量導(dǎo)向電源或者是地，傳輸線上就會出現(xiàn)多次的信號反射。通常情況下， RC 時間常數(shù)大于該傳輸線負(fù)載延時的兩倍較為理想。戴維南終端匹配技術(shù)同樣通過向負(fù)載提供額外的電流也減輕了驅(qū)動器的負(fù)擔(dān)，這部分額外的電流在大的信號擺動電壓系統(tǒng)比如基于 5V和 CMOS和BiCMOS的系統(tǒng)中顯得尤為有益。將 TTL 輸出終端匹配到地會降低 VOH 的電平值，從而降低接收器輸入端的抗噪聲能力。電阻 R 的值必須同傳輸線的特征阻抗 Z0匹配，以消除信號的反射。而附加的信號電壓會反向傳遞到驅(qū)動端，但是串行連接的匹配電阻在接收器端實(shí)現(xiàn)了反射信號的終端匹配，因而不會出現(xiàn)進(jìn)一步的信號反射，從而保證了傳輸線上信號的完整性。 ? 在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是 “短線 ”，反射可以不考慮。?阻抗匹配 ?差分線設(shè)計(jì) ?差分線的基本概念 ?差分 信號的阻抗分析與計(jì)算 ?差分 信號設(shè)計(jì)中存在的問題及其解決方案 阻抗匹配與差分線設(shè)計(jì) 阻抗匹配 ? 阻抗的定義 傳輸線的特性阻抗是微分線段的特性阻抗。如果是電路板上的高速信號線與負(fù)載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。故分配在負(fù)載端的信號電壓大約是驅(qū)動器輸出信號電壓的一半，再加上同樣幅值的附加信號電壓，使得接收器馬上就會接收到完整的信號電壓。 阻抗匹配 ? 并聯(lián) 終端匹配 并聯(lián)終端匹配是最簡單的阻抗匹配技術(shù) ,通過一個電阻 R將傳輸線的末端（可能是開路，也可能是負(fù)載）接到地或者接到 VCC 上。另外并聯(lián)終端匹配也會降低信號的高輸出電平。 ? 優(yōu)點(diǎn)：是簡單易行；優(yōu)勢在于終端匹配電阻仍然是作為上拉電阻和下拉電阻來使用，它能夠有效地抑制信號過沖，使得信號的偏擺縮小，從而加強(qiáng)了系統(tǒng)的噪聲容限。信號的頻率、信號占空比、以及過去的數(shù)據(jù)位模式等因素都會影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。同樣，連接到地上的二極管 D2 也可以將信號的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。 差分線的基本概念 差分信號傳輸 與單端信號傳輸相比有如下優(yōu)點(diǎn)： → 輸出驅(qū)動總的 會比單端信號線上的大幅降低，從而減少了軌道塌陷和
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