同模阻抗NG怎样处理?

在测同一被测线材时，其阻抗会因在该被测线材上传输的信号型式不同，而分为单端阻抗，同模（共模）阻抗及差分阻抗，其差异主要表现在测试的信号条件上。故每种线均可测得上述3种阻抗，但因线材应用不同，各种阻抗的影响性质也不同，今天我们说的Common mode(共/同模)；同模阻抗也叫共地模式是测试一对线分别与地线之间的阻抗，基本上同模传输是用以模拟杂讯或做为量测线材平衡特性的用途，并不用在一般的信号传输，实际上在线材中传输的信号，由于相位或振幅不能维持在理想的状态，从而使最终输出的信号产生了共模的成份，而这些共模信号不具有原始差分信号抑制辐射的优点，故对信号高频传输会产生影响；同模阻抗NG,怎样处理?

USB4 的差分转共模阻抗协会规格要求

同模阻抗的物理概念说明

阻抗的种类和名词定义

特性阻抗：是根据输入阻抗计算的出的平均值。（什么是电缆的特性阻抗？）

特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的；特征阻抗属于长线传输中的一个概念，信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。

什么是特性阻抗 

输入阻抗：是线缆实际量测的阻抗值。

差分阻抗：发射信号可正负交替又称为平衡阻抗。

由于讯号完整性问题，越来越多的线缆采用差分线来传输讯号：

差分结构：由于共模抑制，能够更好地抗干扰

差分结构：由于抵消场，降低辐射杂讯（EMI）

差分结构：实现了更加精确的时序控制

差分结构：由于抗干扰能力及降低辐射能量，减少了串扰

差分结构：减少了由于电流瞬变导致的电源杂讯

差分传输线具有两种独特的传播方式，每种方式都具有自己的特性阻抗。差分阻抗是指在差分驱动时在两条传输线中测量的阻抗，差分阻抗是奇模阻抗的两倍。偶模阻抗被定义爲通过监测一条线路，而另一条线路先通过

同等讯号驱动而测量的阻抗。下面是一个差分驱动和共模驱动的图示，图中显示了相应的电场、磁场分佈

共模阻抗：共模阻抗是指并连在一起的线路的阻抗，是偶模阻抗的二分之一。导体走正编织或地线走负的信号，目前用于同轴线或带地线的CABLE，又称不平衡阻抗。

差分阻抗：
假定在某一瞬间我们将两根走线用电阻端接到地。因为i1 = -i2，所以根本没有电流流经地。也就是说，没有真正的理由把电阻接地。事实上，有人认为，为了将差分信号和地噪声隔离，一定不能将它们连接到地。因此通常的连接形式如图1(c)中所示，用单个电阻连接线1 与线2。电阻的值是线1和线2 差模阻抗的和，或：
Zdiff = 2*Z0*(1-k) 或
2*(Z11 - Z12)
这就是为什么你经常看到实际上一个差分对具有大约80Ω的差分阻抗，而每个单线阻抗是50Ω。

计算：
知道Zdiff 是2*(Z11-Z12)不是很有用，因为Z12 的值并不直观。但是，当我们看到Z12与耦合系数k 有关，事情就变得清晰了。事实上，耦合系数与我在Brookspeak 中关于串扰的专栏I中谈到的耦合系数是相同的。国家半导体发布的计算Zdiff 的公式II已经被广泛接受：
Zdiff = 2*Z0(1-.48*e-.96*S/H) 微带线
Zdiff = 2*Z0(1-.347*e-2.9*S/H) 带状线
其中的术语在图2 中定义。Z0 为其传统定义III。
 
共模阻抗：
为了讨论完整起见，共模阻抗与上面略有不同。第一个差别是i1 = i2（没有负号），这样式3 就变成：
V1 = Z0*i1*(1+k)                （4）
V2 = Z0*i1*(1+k)
并且正如所期望的，V1 = V2。因此单线阻抗是Z0*(1+k)。在共模情况下，两根线的端接电阻均接地，所以流经地的电流为i1+i2 且这两个电阻对器件表现为并联。也就是说，共模阻抗是这些电阻的并联组合，或：
Zcommon = (1/2)*Z0*(1+k)，或
Zcommon = (1/2)*(Z11 + Z12)
注意，这里差分对的共模阻抗大约为差模阻抗的1/4。

同模阻抗NG，怎么办

举例分析：线材结构28#/2P+8C +AL+B，2P/28#导体7/0.127,芯线HDPE ，OD:0.72mm,对绞绞距25mm;测试结果是衰减，差分阻抗OK, 同模阻抗NG.

 

 

从上面的物理概念介绍可以了解到，差模（差分阻抗）包括介于驱动器与接收器的一对走线（或导线）。我们一般认为其中一根走线传送正信号而另一根传送负信号，并且大小相等极性相反，没有通过地的返回信号；信号沿一根走线前进并从另外一根返回。同模信号通常更难于理解。既可以包括单端走线也可以包括两个（可能更多）差分走线。同样的信号沿走线以及返回路径（地）或者沿差分对中的两根走线流动。大部分人往往对共模信号不熟悉，因为我们自己从来不会故意产生它们。它们通常是由从其它（邻近或外部）源耦合进电路的噪声引起的。一般来讲，结果最好情况是中性的，最坏情况是具有破坏性的。共模信号能够产生干扰电路正常运行的噪声，并且是常见的EMI问题的来源。

上图同模阻抗NG，共模阻抗受差分阻抗影响很大，差分阻抗偏小，共模阻抗也会偏小，如上图首先改善差分阻抗，为了方便大家理解差分阻抗，我们举一个生活在中的例子来加以说明。一条道路，如果非常平整，则我们就说它的平整度(特性阻抗)很高(亦即阻抗连续性好)。如果出现坑洼不平，我们就说他的平整度差(阻抗不连续)。如果前面路断了(断头路)，则车辆行人只能掉头回来(断头相当于电缆开路，阻抗突变为无穷大)。如果路面坑洼颠簸得很厉害，则底盘低的轿车就会放弃前行掉头返回(阻抗突变导致信号产生回波)。由此可以帮助理解：阻抗越连续(平顺)，则信号回波越少。反之，回波越大，则阻抗越不连续(路面不平整顺)。所以，通过测量回波，我们就可以了解路面的质量(电缆的阻抗连续性)，改善阻抗就是改善线缆的结构

第一，改善线缆结构，将线缆的差分阻抗做到90欧姆，共模阻抗受差分阻抗影响很大，差分阻抗偏小，共模阻抗也会偏小。

第二，同模阻抗测试的是抗干扰能力，需要提高抗干扰能力就是将每对线缆增加屏蔽或者采用双面铝箔等。

第三，一对同方向电流的传输线，两导线产生的磁力线在导线之间的相抵。两导线产生的“环绕两导线”的磁力线方向相同，磁场相增。这是电流产生磁场的主动情况，这种条件与外部干扰源产生感应电流的被动情况效果相似，外磁场环绕两根导线，产生同方向电流，产生共模干扰。综合而言同模阻抗测试的主要是干扰，而干扰的程度与导线的间距有关，间距大，磁场的不均匀就会产生差模。所以我们只要设计好差分阻抗和skew，共模阻抗就不成问题了！如何控制好的SKEW，需要减少半成品的绞合外径及减少绞合绞距。

编辑：黄飞