差分对与差分信号
从理论上说,差分对可以是任意两条传输线。这两条传输线没有要求,不一定需要紧耦合;这两条传输线不一定传输差分信号,可以传输单独信号;这两条传输线之间如果有耦合,会相互影响。
差分对和差分线是有区别的,差分线是两条存在耦合且平行等长的传输线,用来传输相位差180度的信号。
单端信号与差分信号
当驱动器驱动信号在一条传输线上传输,信号线和返回路径会存在一个信号电压,这个就是单端信号;当驱动器驱动信号在差分对上传输,除了各自的单端信号,还有两条信号线存在压差,这就是差分信号。
单端信号在一根传输线上传输,多个单端信号共享同一个“接地”平面。一旦信号线上有微小的压差,就会产生电流,这微弱的电流也会对使信号发生干扰。同时,单端信号对地电压会发生波动,这种波动会影响信号的幅度,从而信号质量会大大降低。
差分信号对地电压也会产生波动,但由于差分信号是两个相等但极性相反的信号,接收器是检查终端两个信号之间的电压差,差分信号最大的能力就是处理信号传输过程中对地产生的波动。
单端信号与差分信号的最大区别:抗干扰性。
差分信号与共模信号
差分对不仅可以传输单端信号,还可以传输差分信号和共模信号。
差分信号用两条信号线上的电压差表示:
共模信号用两条信号线上的平均电压表示:
Vp表示线1相对于其返回路径的信号电压
Vn表示线2相对于其返回路径的信号电压
从仿真结果看出:单端信号相同电压幅值,差分信号的峰峰值是单端信号的两倍。理想情况下,共模信号为零。
奇模阻抗和偶模阻抗
差分阻抗是指差分信号在差分对里传输感受到的阻抗;无耦合时,差分阻抗还可以认为是两条单端信号等效阻抗的串联。这里的单端信号阻抗,还可以叫做奇模阻抗,所谓的奇模阻抗是指奇模状态时单端信号感受到的阻抗。这里的奇模状态是指差分对上传输差分信号(两个相等但极性相反的信号)。
共模阻抗是指共模信号在差分对里传输感受到的阻抗;无耦合时,偶模阻抗还可以认为是两条单端信号等效阻抗的并联。这里的单端信号阻抗,还可以叫做偶模阻抗,所谓的偶模阻抗是指偶模状态下单端信号感受到的阻抗。这里的偶模状态是指差分对上传输共模信号(两个相等且极性相同的信号)。
不同的模态下,奇模阻抗和偶模阻抗是指差分对其中一条传输线的阻抗。
一般情况下,偶模阻抗大于奇模阻抗,奇模阻抗小于单端阻抗。
下图为Polar 软件计算出的单端阻抗50 ohm,用相关软件仿真对比的结果。
偶模阻抗为52.179 ohm,单端阻抗为50.01 ohm,奇模阻抗为47.724 ohm。
这里需要注意的上面的数据是差分对线间距(Gap值)是2W,线间距的变化,偶模和奇模阻抗也会发生变化。
线间距变小,偶模阻抗变大,奇模阻抗变小;线间距变大,偶模阻抗变小,奇模阻抗变大。
以上都是针对表层走线来进行仿真验证,内层走线也是相关规律。