差分線的知識點(diǎn)：TXRX為什么要分層

新的一年又來了，又是一年開學(xué)季，學(xué)習(xí)不能停，我們?nèi)ツ晡赐甑膶W(xué)習(xí)筆記系列文章又要開始和大家見面了。

在上一篇學(xué)習(xí)筆記之差分線的那些事里面我們提到過關(guān)于差分線的很多概念，比如差分線，差分信號與差分阻抗，共模信號與共模阻抗，以及奇偶模態(tài)等，這些概念確實(shí)是很容易讓人摸不著頭腦，需要不斷回顧反復(fù)琢磨才能好好的消化。

記得去年的爆款文章“TX RX信號為什么要分層走”主要是從應(yīng)用的角度來分析高速差分信號的串?dāng)_問題，沒看過的或者忘記內(nèi)容的童鞋可以再點(diǎn)擊上面的文字鏈接。

今天我們從基礎(chǔ)原理上也來解釋下為什么TXRX信號要分層走。

在之前的傳輸線基礎(chǔ)文章中提到過，傳輸線的速度不是由信號本身的頻（速）率決定的，而是由電力線穿過的介質(zhì)的有效介電常數(shù)決定的。在微帶線中，對于電力線而言，由于導(dǎo)體一部分處于體介質(zhì)材料中，一部分處于空氣中，介電常數(shù)是一個(gè)復(fù)合值，有效介電常數(shù)會(huì)比實(shí)際介質(zhì)的介電常數(shù)小，此時(shí)對于差分線來說，如果信號處于奇模狀態(tài)下（即差分信號驅(qū)動(dòng)），多數(shù)電力線位于空氣中，如果信號處于偶模狀態(tài)下（即共模信號驅(qū)動(dòng)），多數(shù)電力線處于體材料（介質(zhì)）中，由于這個(gè)原因，奇模信號比偶模信號有一個(gè)稍微小一點(diǎn)的有效介電常數(shù)，因此差分信號（奇模）比共模信號（偶模）在微帶線中傳播速度更快。

而在帶狀線中，導(dǎo)體周圍的介質(zhì)材料可以說是均勻的（上下材料之間差異不大），對于電力線來說，有效介電常數(shù)始終等于體介電常數(shù)，此時(shí)差分線的驅(qū)動(dòng)模式對傳播速度基本沒有影響，即差分信號（奇模）與共模信號（偶模）速度是相等的。如下圖一描述了兩種模態(tài)分別在微帶線和帶狀線狀態(tài)下的電場分布。

所以問題就來了，通常我們的差分對不是純粹以單一的驅(qū)動(dòng)模式存在，而是兩種模式同時(shí)共存，也就是說差分線中差分信號和共模信號是共存的。前面?zhèn)鬏斁€基礎(chǔ)里面也講到了，差分信號和共模信號是構(gòu)成差分對的兩個(gè)分量，所以在微帶線中盡管它們同時(shí)出發(fā)，但經(jīng)過一段傳輸線后，速度較快的信號分量（差分信號）將會(huì)先到達(dá)遠(yuǎn)端，此時(shí)在信號分量上面就有了時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差就會(huì)導(dǎo)致在最終接收的時(shí)候信號上出現(xiàn)遠(yuǎn)端噪聲。這也是為什么說高速差分信號盡量走帶狀線而不走微帶線的原因，因?yàn)槲Ь€的遠(yuǎn)端噪聲會(huì)更大。而帶狀線由于相對介電常數(shù)較穩(wěn)定，差分分量和共模分量速度基本一致，所以在接收端帶來的分量時(shí)間差很小，從而遠(yuǎn)端噪聲也很小，基本可以忽略。

于是TXRX分層走也就可以解釋了，分層走是為了避開遠(yuǎn)端串?dāng)_噪聲的影響。通常我們的高速差分走線都走成帶狀線，而帶狀線前面解釋過了，相對介電常數(shù)比較穩(wěn)定，所以有很小或者基本沒有遠(yuǎn)端串?dāng)_噪聲，此時(shí)同向的信號如TX在同一層接收端是不會(huì)互相干擾的，而接收端也正好是我們需要的信號。如果TXRX走在同一層且靠近一起，那么對于TX的接收來講，旁邊正好是RX的發(fā)送端，此時(shí)RX的發(fā)送端是有近端串?dāng)_噪聲的，這個(gè)噪聲就會(huì)影響到TX的接收，這種情況是我們需要盡量去避免的。

審核編輯：符乾江