【正文】 根據(jù)戴維南終端匹配設(shè)計(jì)規(guī)則，戴維南電壓VTH=VR2 必須確保驅(qū)動(dòng)器的 IOH 和 IOL 電流在驅(qū)動(dòng)器的性能指標(biāo)范圍以內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，一長(zhǎng)串比較接近的數(shù)據(jù)位會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸線和電容充電到驅(qū)動(dòng)器的最高輸出電平的值，如果緊接著的是一個(gè)相位相反的數(shù)據(jù)位就需要花比正常情況更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)確保信號(hào)跨越邏輯閾值電平。這兩條線組合在一起就稱為“一個(gè)差分對(duì)”。下圖就是在兩信號(hào)線之間加入 100歐姆電阻后，接收端的差分信號(hào)。注意，對(duì)于帶狀線這種有相同介質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳輸線，兩傳輸線的相對(duì)耦合電容與相對(duì)耦合電感是相同的。如果信號(hào)線 2加相反信號(hào)，則阻抗值會(huì)降低。 分析三種典型的情況： 邊緣耦合的微帶線、雙絞線電纜、側(cè)面耦合的帶狀線。當(dāng)平面間距增加時(shí)，每條線在兩個(gè)平面內(nèi)的返回電流分布都基本相同，因此平面內(nèi)的電流相互抵消。在一般的差分信號(hào)的應(yīng)用中，為了避免引入來(lái)自地的噪音，也有采用一個(gè)阻值為 2倍 Zodd的電阻跨在差分對(duì)上的匹配方式，這個(gè)電阻就是差分電阻，它的值應(yīng)為奇模阻抗的二倍。 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 及其解決方案 ? 差分線的輻射干擾 在任何電路中都存在共模 (CM)和差模 (DM)電流。由于這些平面具有有限的阻抗，共模電流就在上面建立起瞬時(shí)的 RF電壓。圖 25示出了因共模信號(hào)沒(méi)有被端接產(chǎn)生了振鈴和失真，相鄰單端干擾線對(duì)差分線在兩種耦合方式下的共模噪聲。 (3) 時(shí)序定位精確。走線阻抗在整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)保持恒定是很 重要的，這就意味著耦合在整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)要保持恒定， 因此走線之間的間隔也要保持不變。 — 受害差分對(duì)的差分噪聲比較小。 差分噪聲是兩條線上噪聲電平的差值。遠(yuǎn)場(chǎng)分量可以描述為 : 其中， L是天線長(zhǎng)度； Icm是共模電流； f是頻率； R是距離。 (2) 任何非對(duì)稱性因素都會(huì)使差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成共模信號(hào)，這包括串?dāng)_、驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)位、線長(zhǎng)偏斜和非對(duì)稱負(fù)載。如果不對(duì)此反射加以控制，它就可能會(huì)超過(guò)噪聲容限引起過(guò)度噪聲。下圖顯示出了屏蔽體的半徑增大時(shí)，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。此時(shí)返回路徑平面中的總電流為零，但是每條信號(hào)線底下的平面中有確定的局部電流分布。當(dāng)兩條信號(hào)線互相靠近時(shí)，為了能夠驅(qū)動(dòng)單端信號(hào)線更大的電容，這個(gè)電流將會(huì)增大。 圖 12 L11與 L12隨兩線邊緣舉例的變化 差分信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 總之，把兩條走線放置在一起時(shí)，耦合增加。振鈴的出現(xiàn)是由于差分信號(hào)在低阻抗的驅(qū)動(dòng)器和高阻抗的線端之間的多重反彈。 差分線的基本概念 差分信號(hào)傳輸 與單端信號(hào)傳輸相比有如下優(yōu)點(diǎn)： → 輸出驅(qū)動(dòng)總的 會(huì)比單端信號(hào)線上的大幅降低，從而減少了軌道塌陷和潛在的電磁干擾 (EMI) → 與單端放大器相比，接收器中的差分放大器有著更高的增益 → 差分信號(hào)在一對(duì)緊耦合差分對(duì)中傳播時(shí)，在返回路徑中對(duì)付串?dāng)_和突變的魯棒性更好 → 因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都有自己的回路，所以差分信號(hào)通過(guò)接插件或封裝時(shí)，不易受到開關(guān)噪聲的干擾 → 使用價(jià)格低廉的雙絞線即可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離差分信號(hào)的傳輸 差分線的基本概念 ? 差分和共模 ?差分信號(hào) Vdiff Vdiff定義為： 其中， V V2分別是信號(hào)線 1和信號(hào)線 2相對(duì)于共用返回路徑的信號(hào)電壓。信號(hào)的頻率、信號(hào)占空比、以及過(guò)去的數(shù)據(jù)位模式等因素都會(huì)影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。另外并聯(lián)終端匹配也會(huì)降低信號(hào)的高輸出電平。故分配在負(fù)載端的信號(hào)電壓大約是驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)電壓的一半，再加上同樣幅值的附加信號(hào)電壓，使得接收器馬上就會(huì)接收到完整的信號(hào)電壓。?阻抗匹配 ?差分線設(shè)計(jì) ?差分線的基本概念 ?差分 信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 ?差分 信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)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。而附加的信號(hào)電壓會(huì)反向傳遞到驅(qū)動(dòng)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(hào)的終端匹配，因而不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的信號(hào)反射，從而保證了傳輸線上信號(hào)的完整性。將 TTL 輸出終端匹配到地會(huì)降低 VOH 的電平值，從而降低接收器輸入端的抗噪聲能力。通常情況下， RC 時(shí)間常數(shù)大于該傳輸線負(fù)載延時(shí)的兩倍較為理想。 ?共模信號(hào) Vm Vm定義為： 即共模信號(hào)用兩條信號(hào)線上平均電壓表示。圖中差分對(duì)互連末端沒(méi)有端接，并且差分對(duì)之間沒(méi)有耦合。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(duì)耦合度 (即 C12/C11或 L12/L11)仍小于 15%。 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(hào)的阻抗分析與計(jì)算 3） 假設(shè)給第二條信號(hào)線加上與第一條信號(hào)線相同的信號(hào)，由于兩條信號(hào)線之間不存在電壓差，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，只有電容 C11存在，這就意味著要驅(qū)動(dòng)的電容減小了。任何改變電流分布的因素都將會(huì)改變差分對(duì)的差分阻抗。 圖 16 屏蔽體的半徑增大時(shí)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(hào)的阻抗分析與計(jì)算 ? 側(cè)面耦合的帶狀線 對(duì)側(cè)面耦合帶狀線而言，也存在著同樣的效應(yīng)。減小反射的一種方法就是在差分對(duì)末端加上一個(gè)與差分匹配阻抗的電阻性阻抗。將錯(cuò)位保持在最小限度的一個(gè)重要原因，是保證差分信號(hào)向共模信號(hào)轉(zhuǎn)換最小。 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。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。 — 非理想的返回路徑的差分阻抗突變有所減弱。 。 (2) 能有效抑制 EMI，對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。 受害差分對(duì)中的共模噪聲是兩條線上的噪聲電壓的平均值。當(dāng)返回的電流與它們?cè)瓉?lái)的信號(hào)通路不匹配 (比如在平面內(nèi)有裂縫等 )，或者幾個(gè)信號(hào)有公共返回區(qū)域，共模電流就產(chǎn)生了。這就是要使所有非對(duì)稱降到最小的原因。 圖 18 差分對(duì)的 型端接和 T型端接結(jié)構(gòu) (可以同時(shí)端接差分信號(hào)和共模信號(hào) ) 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)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。此時(shí)，平面的存在會(huì)影響到差分阻抗。此時(shí)返回路