【正文】 的波形 差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 ? 緊密耦合與非緊密耦合的影響 ? 采用非緊密耦合的好處 — 受害線上的共模電壓噪聲比強耦合時小 — 差分阻抗僅取決于每條單端信號線的阻抗，而與信號線 的間距無關。從而減小了對信號線的限制，使電路板的布板約束和版圖設計更容易。 ? 采用緊密耦合的好處 — 互連密度最大，電路板的功能密度最大并且板的成本也最 低。 — 受害差分對的差分噪聲比較小。 — 非理想的返回路徑的差分阻抗突變有所減弱。 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 ? 奇模阻抗與偶模阻抗 — 奇模阻抗： 當差分信號加到差分對上，它將使差分對處于 奇模狀態(tài)。此時每條信號線的特性阻抗被稱 為奇模特性阻抗，簡稱為奇模阻抗。 — 偶模阻抗： 當共模信號加到差分對上，它將使差分信號處 于偶模狀態(tài)。此時每條信號線的特性阻抗被 稱為偶模特性阻抗 ,簡稱為偶模阻抗。 ? 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系 差分阻抗是奇模阻抗的 2倍： — 共模阻抗與偶模阻抗的關系 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差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 ? 兩種模態(tài)對邊緣耦合微帶線的影響 在邊緣耦合微帶線中，兩種模態(tài)的傳播速率是不相同的。這是由于信號沿傳輸線傳播的速率是由電力線穿過的介質的有效介電常數決定。有效介電常數越大，速率越慢。在微帶線中，介電常數是一個復合值。因為其電力線一部分處于介質材料中，另一部分處于空氣中。場分布的精確模式和覆蓋電介質材料的方式都會影響最終的有效電介質常數的值和信號傳播的實際速率。奇模下，多數電力線分布于空氣中；偶模下，多數電力線分布于材料體內。由于這個原因，奇模信號比偶模信號有一個稍微小一點的有效電介質常數，因此傳輸更快。 圖 微帶線和帶狀線中 奇模和偶模的電場分布情況 圖 奇模和偶模的傳播速率 差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 ? 遠端噪聲 可以用奇模和偶模傳輸速率的不同來解釋遠端噪聲。假設差分對的一根傳輸線加上從 0 V向 1 V的跳變電壓，另一條線接 0 V，這就等同于給信號線 1接單端信號，信號線 2接零電位。信號線 1為攻擊線，線 2為受害線。可以將此電壓模式等效為以奇模方式傳播的差分信號和以偶模方式傳播的共模信號。如下圖所示，在差分對中，用同時存在的共模和差分信號分量描述攻擊線和靜態(tài)線上的信號。線1和線 2的共模信號均為 V。線 1上的差分信號為 V，線 2上的差分信號為 V，那么這就等同于實際加在差分對上的信號。 圖 共模和差分信號分量 描述攻擊線和靜態(tài)線上的信號 差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 正如前面討論的那樣，在微帶線差分對中差分分量比共模分量傳播得要快，當這兩個相互獨立的電壓分量沿差分對傳播時，它們的波前沿將會分開。對線 1來說 (圖 )，差分分量將會比共模分量先到達末端。線 1的遠端接收信號將會是 V的差分分量和經過延遲的 V共模分量的重新組合，這將在線 2的遠端產生瞬態(tài)凈電壓。我們稱這個瞬態(tài)電壓為遠端噪聲。 而在像帶狀線這種擁有同質介質的導線中，奇模信號和偶模信號以相同的速率傳播，這兩種信號將同時到達信號線的另一端，它們在那里可以毫無失真地重新組合成原來加在差分對上的信號。在這種情況下，就不存在遠端噪聲。 差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 ? PCB中的差分走線原則 ? PCB中差分線布線的誤區(qū) ? 和普通單端信號的走線相比，差分信號的優(yōu)勢體現(xiàn)在 (1) 抗干擾能力強，外界的共模噪聲可以被完全抵消。 (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。 (3) 時序定位精確。 ? PCB差分信號設計中幾個常見的誤區(qū) (1) 認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。 (2) 認為保持等間距比匹配線長更重要。 (3) 認為差分走線一定要靠得很近。 差分信號設計中存在的問題 及其解決方案 ? PCB中的差分走線原則 ? 差分線對的設計規(guī)則 ? 規(guī)則一：兩個信號線必須等長。因為差分信號是大小相等、方 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”，產生嚴重的共模 EMI問題。 ? 規(guī)則二：差分線的布線要緊密。由于 EMI與環(huán)路面積有關。因此 如果要保證 EMI可控，應該將環(huán)路的面積最小化。在 高速環(huán)境中，差分線間的間距越近，走線下方感應的 電流環(huán)路面積就越小，對 EMI更好控制。 ? 規(guī)則三：走線之間的間隔必須在整個長度范圍內保持恒定。差 分阻抗隨耦合的變化而變化，耦合又隨著線間距的變 化而變化。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。