差分信號(hào)的抗擾以及EMI特性 射頻差分信號(hào)是否需要地平面

習(xí)慣了單端信號(hào)，對(duì)差分信號(hào)的使用還是會(huì)有點(diǎn)發(fā)怵。所以有的器件廠商，雖然輸入接口是差分，但是會(huì)注明一下，單端輸入時(shí)的具體接法。

差分信號(hào)的抗擾以及EMI特性

但其實(shí)，由于差分信號(hào)是對(duì)差模信號(hào)響應(yīng)，對(duì)共模信號(hào)不敏感，所以差分信號(hào)的抗干擾特性是優(yōu)于單端信號(hào)的。

即差分信號(hào)是對(duì)兩根線之間的差值響應(yīng)，而不是對(duì)線與地之間的差值響應(yīng)。比如說(shuō)，有一干擾信號(hào)，耦合到一對(duì)差分線上，我們可以近似認(rèn)為，耦合到兩根線上的干擾是等幅同相的，所以差分信號(hào)對(duì)它不響應(yīng)。

同時(shí)，差分信號(hào)上兩根線上的電流是相反的，所以一定程度上，兩者在兩根導(dǎo)體外產(chǎn)生的磁場(chǎng)是有相消的情況存在的。而電場(chǎng)又緊密的耦合在一起，所以，差分信號(hào)對(duì)外產(chǎn)生的輻射干擾也是小于單端信號(hào)的。

射頻差分信號(hào)需要地平面么?

差分信號(hào)兩線之間互為參考，那下面還需不需要地平面呢(2)(3)?這個(gè)問(wèn)題稍微有點(diǎn)復(fù)雜。

如果結(jié)構(gòu)中，有兩根耦合微帶線以及參考平面的話，如上圖所示，那在其結(jié)構(gòu)中存在兩種模式：

(1) 奇模模式

給兩根線的驅(qū)動(dòng)電壓等幅反相，則會(huì)激發(fā)出奇模模式。

(2) 偶模模式

給兩根線的驅(qū)動(dòng)電壓等幅同相，則會(huì)激發(fā)出偶模模式。

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，不管是偶模模式還是奇模模式，都存在著微帶線與參考平面的耦合。

雖然在奇模模式下，微帶線之間會(huì)有一定程度上的互為參考面，但是還是有部分回流存在于參考地平面上。

如果地平面被分割或被移除，肯定會(huì)造成模式的破壞。

如果在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需盡量保持差分線下地平面的完整。如果真的沒(méi)辦法，不能保證地平面完整的話，可以參考文獻(xiàn)【3】，合理設(shè)計(jì)差分線之間的間距，選擇介質(zhì)材料的厚度，以減小地平面對(duì)微帶差分線的阻抗。

差分信號(hào)為什么會(huì)有偶模模式呢?

理想的差分信號(hào)，共模就是DC，這個(gè)時(shí)候是不存在偶模模式的;只存在奇模模式。

但是如果差分信號(hào)的相位之間不是嚴(yán)格相差180度，而是有幾度的偏移，這在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生。這個(gè)時(shí)候，就產(chǎn)生偶模模式了。

我們可以用公式推導(dǎo)一下。

如果假設(shè)頻率為50Hz，用matlab畫(huà)出上述的曲線，則可以看到共模信號(hào)已經(jīng)產(chǎn)生，只不過(guò)幅度比較小。

差分濾波器等怎么設(shè)計(jì)

如果需要在差分回路上放置濾波器，應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)呢?

其實(shí)很簡(jiǎn)單，比如你要設(shè)計(jì)輸入輸出阻抗為200ohm的差分濾波器【5】，就先設(shè)計(jì)輸入輸出阻抗為100ohm的單端濾波器，然后將兩個(gè)這樣的濾波器的接地端連接在一起，將原來(lái)并聯(lián)支路上可合并的合在一起，即可得到輸入輸出差分阻抗為200ohm的濾波器。

差分線繪制時(shí)，要注意哪些事項(xiàng)?【6】

(1) 差分線之間，首要任務(wù)是保持等長(zhǎng)。

因?yàn)椴罘纸邮掌髦饕ㄟ^(guò)檢測(cè)正負(fù)信號(hào)的交叉點(diǎn)位置，所以，如果不等長(zhǎng)，交叉點(diǎn)位置就會(huì)改變。

(2) 盡量保證差分線寬度、間距不變，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)改變的話，會(huì)引起差分線特征阻抗的改變，引起反射。

(3) 補(bǔ)等長(zhǎng)的時(shí)候，哪邊有不等長(zhǎng)不哪邊。

(4) 和單端信號(hào)一樣，避免使用90度角。

(5) 差分線之間布局盡量對(duì)稱(chēng)，特別在串聯(lián)電阻或電容處。

(6) 在差分線上不要有stub.

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審核編輯：湯梓紅