【正文】 根據(jù)戴維南終端匹配設計規(guī)則，戴維南電壓VTH=VR2 必須確保驅動器的 IOH 和 IOL 電流在驅動器的性能指標范圍以內。舉例來說，一長串比較接近的數(shù)據(jù)位會導致信號傳輸線和電容充電到驅動器的最高輸出電平的值，如果緊接著的是一個相位相反的數(shù)據(jù)位就需要花比正常情況更長的時間來確保信號跨越邏輯閾值電平。這兩條線組合在一起就稱為“一個差分對”。下圖就是在兩信號線之間加入 100歐姆電阻后，接收端的差分信號。注意，對于帶狀線這種有相同介質結構的傳輸線，兩傳輸線的相對耦合電容與相對耦合電感是相同的。如果信號線 2加相反信號，則阻抗值會降低。 分析三種典型的情況： 邊緣耦合的微帶線、雙絞線電纜、側面耦合的帶狀線。當平面間距增加時，每條線在兩個平面內的返回電流分布都基本相同，因此平面內的電流相互抵消。在一般的差分信號的應用中，為了避免引入來自地的噪音，也有采用一個阻值為 2倍 Zodd的電阻跨在差分對上的匹配方式，這個電阻就是差分電阻，它的值應為奇模阻抗的二倍。 差分信號設計中存在的問題 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的 RF電壓。圖 25示出了因共模信號沒有被端接產(chǎn)生了振鈴和失真，相鄰單端干擾線對差分線在兩種耦合方式下的共模噪聲。 (3) 時序定位精確。走線阻抗在整個長度范圍內保持恒定是很 重要的，這就意味著耦合在整個長度內要保持恒定， 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。遠場分量可以描述為 : 其中， L是天線長度； Icm是共模電流； f是頻率； R是距離。 (2) 任何非對稱性因素都會使差分信號轉換成共模信號，這包括串擾、驅動器錯位、線長偏斜和非對稱負載。如果不對此反射加以控制，它就可能會超過噪聲容限引起過度噪聲。下圖顯示出了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。此時返回路徑平面中的總電流為零，但是每條信號線底下的平面中有確定的局部電流分布。當兩條信號線互相靠近時，為了能夠驅動單端信號線更大的電容，這個電流將會增大。 圖 12 L11與 L12隨兩線邊緣舉例的變化 差分信號的阻抗分析與計算 總之，把兩條走線放置在一起時，耦合增加。振鈴的出現(xiàn)是由于差分信號在低阻抗的驅動器和高阻抗的線端之間的多重反彈。 差分線的基本概念 差分信號傳輸 與單端信號傳輸相比有如下優(yōu)點： → 輸出驅動總的 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 → 差分信號在一對緊耦合差分對中傳播時，在返回路徑中對付串擾和突變的魯棒性更好 → 因為每個信號都有自己的回路，所以差分信號通過接插件或封裝時，不易受到開關噪聲的干擾 → 使用價格低廉的雙絞線即可實現(xiàn)較遠距離差分信號的傳輸 差分線的基本概念 ? 差分和共模 ?差分信號 Vdiff Vdiff定義為： 其中， V V2分別是信號線 1和信號線 2相對于共用返回路徑的信號電壓。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。另外并聯(lián)終端匹配也會降低信號的高輸出電平。故分配在負載端的信號電壓大約是驅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 ?差分線設計 ?差分線的基本概念 ?差分 信號的阻抗分析與計算 ?差分 信號設計中存在的問題及其解決方案 阻抗匹配與差分線設計 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。而附加的信號電壓會反向傳遞到驅動端，但是串行連接的匹配電阻在接收器端實現(xiàn)了反射信號的終端匹配，因而不會出現(xiàn)進一步的信號反射，從而保證了傳輸線上信號的完整性。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。通常情況下， RC 時間常數(shù)大于該傳輸線負載延時的兩倍較為理想。 ?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。圖中差分對互連末端沒有端接，并且差分對之間沒有耦合。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差分信號的阻抗分析與計算 3） 假設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，所以對驅動來說，只有電容 C11存在，這就意味著要驅動的電容減小了。任何改變電流分布的因素都將會改變差分對的差分阻抗。 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算 ? 側面耦合的帶狀線 對側面耦合帶狀線而言，也存在著同樣的效應。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。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換最小。 共模電流起源于公共金屬結構 (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。 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。當返回的電流與它們原來的信號通路不匹配 (比如在平面內有裂縫等 )，或者幾個信號有公共返回區(qū)域，共模電流就產(chǎn)生了。這就是要使所有非對稱降到最小的原因。 圖 18 差分對的 型端接和 T型端接結構 (可以同時端接差分信號和共模信號 ) 差分信號設計中存在的問題 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為奇模阻抗 Zodd，而不是 Zo。此時，平面的存在會影響到差分阻抗。此時返回路