高速信號(hào)中的差分信號(hào)設(shè)計(jì)

01 差分概述

差分信號(hào)： 即兩根線傳輸幅度相同，相位相反的一組信號(hào)。傳輸?shù)男盘?hào)中包括差模信號(hào)和共模信號(hào)。兩者獨(dú)立傳輸，其中差模信號(hào)攜帶信息，共模信號(hào)不攜帶信息。

差模信號(hào)為兩根單端信號(hào)的差值，共模信號(hào)為兩根信號(hào)線上的平均值。

差分線上傳輸差模信號(hào)時(shí)，信號(hào)工作在奇模狀態(tài)。因此差分的差模阻抗為兩根線各自單端的奇模阻抗之和；

差分線上傳輸偶模信號(hào)時(shí)，信號(hào)工作在偶模狀態(tài)。此時(shí)差分共模信號(hào)感受到的是單端信號(hào)線偶模阻抗的并聯(lián)阻抗。因此差分共模阻抗為單端偶模阻抗的一半。

差分阻抗確定后，奇模阻抗也確定，和單端阻抗的變化無關(guān)，如下圖所示：

02 奇模傳輸和偶模傳輸

差分信號(hào)中，差模信號(hào)以奇模方式進(jìn)行傳輸，共模信號(hào)以偶模的方式進(jìn)行傳輸。如下圖所示：

傳輸過程中，信號(hào)在奇模模式下，電平反向跳變，走線之間容性增強(qiáng)。此時(shí)信號(hào)傳播速度快于電平同向跳變的偶模模式。

奇模和偶模傳播方式，對于單端信號(hào)來說，還會(huì)造成阻抗的變化。隨著間距的增加，這種變化會(huì)越來越小。當(dāng)間距足夠大，此時(shí)的差分對，已變成類似兩根單端信號(hào)的走線。因此對于差分信號(hào)來說，將兩根走線走成單端信號(hào)是可以的。實(shí)際布線中使用差分對，更多的是抗干擾等多方面的考慮。

03 差分端接

差分信號(hào)端接可以分為 差模信號(hào)端接 、 共模信號(hào)端接 、差模和共模信號(hào)端接三種方式。

當(dāng)差分信號(hào)兩根走線有任何不對稱，就會(huì)發(fā)生 模態(tài)轉(zhuǎn)換 （差模信號(hào)向共模信號(hào)轉(zhuǎn)換，即共模信號(hào)發(fā)生波動(dòng)）。如下圖電壓波形:

A、差模端接

端接差模信號(hào)，只要在末端差分對之間并聯(lián)和傳輸線阻抗相等的電阻即可。

差分信號(hào)經(jīng)過差模信號(hào)端接之后波形良好，但單端信號(hào)和共模信號(hào)改善不明顯。因此這種端接方式適合對共模信號(hào)不敏感的差分應(yīng)用中。

B 、共模端接****

共模端接在每一根線在每一根線上端接一個(gè)電阻到返回路徑，兩個(gè)電阻的并聯(lián)阻值等于共模阻抗。

共模信號(hào)端接并不能消除共模信號(hào)，只是阻止共模信號(hào)在電路上往返震蕩形成振鈴問題。

使用共模端接后，差模信號(hào)、共模信號(hào)以及單端信號(hào)都有好轉(zhuǎn)。但是這種效果和耦合度有關(guān)，耦合度增加，共模阻抗增加，會(huì)惡化差模信號(hào)。

C 、差模和共模端接****

差模及共模信號(hào)端接常用T型和PI型，兩者選用的端接電阻阻值不同。

T型端接中兩端的電阻為Zodd，中間抽頭電阻為（Zeven-Zodd）/2；

PI型端接中兩端的電阻為Zeven，中間電阻為2ZevenZodd/(Zeven-Zodd)。

在使用T型端接時(shí)，可以使用電容代替抽頭電阻。電容值要保證共模信號(hào)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)的上升時(shí)間（>5倍以上）。

以上就是本期分享的所有內(nèi)容啦，下一期我們接著分享差分信號(hào)剩余內(nèi)容。

審核編輯 黃宇