信号完整性基础--差分信号(二)

描述

  04 模态转换  

差分信号是共模信号和差模信号的叠加,理想情况下共模信号是恒定的。如果传输网络不对称,就会导致差模信号向共模信号转换,即我们所说的模态转换,体现在电路中就是差模和共模信号的畸变。如下图所示:

信号完整性

信号完整性

在S参数中用(SDC11,SDC21)和(SCD11,SCD21)表示模态转换。SCD和SDC越小表示网络的对称性越好。

在模态转换中,主要关注差模信号向共模信号转变(差模信号包含我们所需的有用信号),会导致差模信号能量的损失,不对称性越强,损失越大。

轻微的走线不对称基本不影响差模信号的质量:

信号完整性

信号完整性

05 差分抗干扰

差分走线之所以通常采用紧耦合的走线方式,主要是从抗干扰的角度去考虑。

差分线在走线时通常会保持恒定的间距,互相耦合。因此,当受到外界干扰的时候,两根走线的干扰基本接近。

差分接收器接收的是两个信号间的差量,对共模信号不敏感,因此可以提升抗干扰能力。

信号完整性

信号完整性

06 松耦合和紧耦合

对于相同的差分阻抗,可以通过调整线宽和线距实现。没有明确定义,通常将1倍线宽间距左右的信号称为紧耦合,2倍及以上线宽间距称为松耦合。

紧耦合因为两根线感受到的串扰量更为接近,可以抵消更多的串扰,但会造成更大的共模波动。

对走线进行S参数提取,松耦合有很好的传输性能,而且频率越高优势越明显。(未引入反射和串扰等外部影响),简单理解就是紧耦合两根线的容性增大,相比松耦合会有更大的能量损失。如下图仿真所示:

信号完整性

信号完整性

从理论上讲,松耦合的传输线的性能最优。但是实际PCB的走线环境一般都很恶劣,为了应对外部干扰,还是优先推荐紧耦合走线。

07 就近等长

差分信号需要等长等距,为了满足等长要求,则需要绕线,但绕线又会破坏等距。

差分信号不等长会使得信号错位,交叉点偏移以及发生模态转换等,表现在S参数上就是最终接收到的能量更少,但对于设计中常存在的10mil以内的等长误差,信号几乎是无感的

差分对存在不等长时,应就近绕等长,集中绕等长可能会导致严重的损耗问题。如下图所示:

信号完整性

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审核编辑:刘清

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