高速電路的差分線設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-02 18:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 最大。則返回平面上有明顯電流的分布，平面的存在影響了差分阻抗。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。但是，隨著平面越移越遠(yuǎn)，差分信號(hào)的返回電流在平面中的重疊程度也越來(lái)越大，當(dāng)返回平面達(dá)到一個(gè)足夠遠(yuǎn)的距離時(shí)，返回路徑電流重疊的程度達(dá)到使返回路徑電流消失的程度。此時(shí)，返回路徑平面的存在將不會(huì)再影響差分阻抗。如下圖所示： 圖 不同距離時(shí)邊緣耦合微帶線的單端阻抗和差分阻抗變化 差分信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 ? 雙絞線電纜 對(duì)屏蔽雙絞線來(lái)說(shuō)，每條信號(hào)線的返回路徑都是屏蔽層。雙絞線的間距取決于絕緣層的厚度。當(dāng)兩條雙絞線都近似位于屏蔽層的中心而由差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們的返回電流朝相反方向流動(dòng)，并相互疊加，屏蔽層內(nèi)將沒(méi)有剩余電流分布。此時(shí)屏蔽線產(chǎn)生不了電效應(yīng)作用，對(duì)差分阻抗沒(méi)有影響。當(dāng)屏蔽層距雙絞線線非常近時(shí)，兩條雙絞線偏離中心軸的位置將導(dǎo)致它們?cè)谄帘螌又械姆祷仉娏鞣植忌杂胁煌?。此時(shí)屏蔽層位置的改變將會(huì)輕微地改變差分阻抗。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。 圖 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)。當(dāng)兩個(gè)參考平面互相靠近并且傳輸線由差分信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)參考平面內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)各自獨(dú)立的明顯的返回電流。此時(shí)，平面的存在會(huì)影響到差分阻抗。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。此時(shí)平面的影響可以忽略。下圖示出了平面間距增加時(shí)，信號(hào)線與平面間單端特性阻抗和兩信號(hào)線間差分阻抗的變化。 圖 平面間距增加時(shí)信號(hào)線與平面間的 單端特性阻抗和兩信號(hào)線間差分阻抗的變化 差分信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 ? 小結(jié)： 上述三種典型的情況說(shuō)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)平面在確定差分對(duì)差分阻抗時(shí)起到重要作用。而當(dāng)兩信號(hào)線間的耦合度遠(yuǎn)大于信號(hào)線與返回平面間的耦合度時(shí)，平面中的大部分返回電流會(huì)疊加、抵消。這種情況下平面影響不了差分信號(hào)，將它移走不會(huì)影響到差分阻抗。此時(shí)第一條線的返回電流可以看成由第二條信號(hào)線來(lái)傳送。 差分信號(hào)的阻抗分析與計(jì)算 ? 差分阻抗的計(jì)算 當(dāng)信號(hào)線間距越來(lái)越小并且耦合開(kāi)始起作用時(shí)，差分阻抗就會(huì)逐漸減小。問(wèn)題的復(fù)雜性在于怎樣計(jì)算阻抗的變化情況，必須引入一些附加公式進(jìn)行分析。通常有如下 5種分析方法： (1) 直接用近似的結(jié)果； (2) 直接使用場(chǎng)求解器方法得到的結(jié)果； (3) 使用基于模態(tài)的分析； (4) 使用基于電容和電感矩陣的分析； (5) 使用基于特性阻抗矩陣的分析。 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 及其解決方案 ? 差分線的端接 當(dāng)差分信號(hào)到達(dá)開(kāi)路終端時(shí)，將會(huì)受到一個(gè)很大的阻抗并反射回來(lái)。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。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。有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)端接 —— T型結(jié)構(gòu)和 Π型結(jié)構(gòu)。 圖 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 ? 差分信號(hào)的錯(cuò)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(hào)就會(huì)失真，使得部分差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為共模信號(hào)。例如：差分線的不對(duì)稱、驅(qū)動(dòng)器端的偏斜、兩種差分驅(qū)動(dòng)器跳變時(shí)的錯(cuò)位等等。下面兩圖分別反映了差分驅(qū)動(dòng)器跳變時(shí)的錯(cuò)位以及差分線的不對(duì)稱（一條走線比另一條多了一個(gè)容性負(fù)載）的情況下對(duì)差分信號(hào)質(zhì)量的影響。 圖 錯(cuò)位從上升時(shí)間的 20％變化到 2倍時(shí) 接收到的差分信號(hào)邊沿變化情況 圖 差分線的一條線上存在一個(gè) 1 pF的 容性負(fù)載時(shí)對(duì)差分信號(hào)的影響 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 及其解決方案 ? 錯(cuò)位和失真帶來(lái)的影響 錯(cuò)位和失真對(duì)差分信號(hào)的質(zhì)量影響不大，但是，它們卻對(duì)共模信號(hào)的質(zhì)量影響很大，而共模信號(hào)會(huì)顯著地增加 EMI。并且，由于各種不對(duì)稱的因素存在，使得不管共模信號(hào)在遠(yuǎn)端是否被端接，都會(huì)有共模信號(hào)產(chǎn)生，從而導(dǎo)致 EMI。圖 端接兩種情況下電壓信號(hào)與差分信號(hào)及共模信號(hào)的關(guān)系。 圖 差分信號(hào)端接共模信號(hào)開(kāi)路時(shí) 電壓信號(hào)與差分信號(hào)及共模信號(hào)的關(guān)系 圖 共模信號(hào)和差分信號(hào)都被端接時(shí) 遠(yuǎn)端的電壓信號(hào)與差分信號(hào)及共模信號(hào)的關(guān)系 差分信號(hào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 及其解決方案 ? 需要注意的幾點(diǎn) (1) 微帶線或帶狀線中的不對(duì)稱、錯(cuò)位引起的失真與線間的耦合度無(wú)關(guān)，它可以發(fā)生在無(wú)耦合或緊耦合的兩條線之間。 (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。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。 (3) 很小的驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)位都能產(chǎn)生明顯的共模信號(hào)。這就是要使所有非對(duì)稱降到最小的原因。 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。共模電流和差模電流都決定了傳播的 RF能量的大小，在兩者之間有較大的區(qū)別。如果給定一對(duì)導(dǎo)線或走線、一個(gè)返回參考源，那么這兩種模式中的一種將存在，通常是都
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