再说差分信号

大家好,我是广元兄。很高兴和大家分享信号完整性的相关知识。希望大家点赞,分享。

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之前有总结过差分线的基础知识,可以参考前文

差分线的基础知识-电源网 (dianyuan.com)

再补点差分信号的一些知识。

单端信号的传输,只需要一根传输线,每个数据路径都共享同一个“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。


算过叠层阻抗,差分线有紧耦合和松耦合。

  • 因边缘场引起的串扰,紧耦合的串扰比松耦合要大;
  • 共模噪声是电压相加的平均值,紧耦合的共模噪声比松耦合要大;
  • 紧耦合的线宽相对比较细,差分所使用的电流源模式,插入损耗要比松耦合大;

但在实际版图设计中,一般使用紧耦合,更多的是考虑布线密度,以此所造成的成本。

除了常规的线宽线距,介质厚度等因素对差分阻抗的影响。发现随着阻焊层厚度的增加,紧耦合的情况下,阻焊层对奇模阻抗影响比较大,差分阻抗偏离值高达10%。所以建议差分线走内层。

在一些工作中,简单地认为差分阻抗就等于两根单端特性阻抗之和。实际上差分信号阻抗会比他们单根信号之和要低。这是因为两根线之间的耦合,当磁场交会时就会有耦合系数的问题。


高速信号的传输,差模信号是我们想要的,相对于差模信号,还有一种称为共模信号的信号。

共模由于其电位相对地不稳定,与地间的寄生电容虽然很微弱,但当信号频率增大时,微弱的寄生电容电阻降低,则共模电流容易通过。其所驱动的电路整体也会不稳定,从而形成共模干扰。

信号传到远端,很易受共模噪声影响。在实际设计中,也会在终端使用CMC(Common mode Choke)共模扼流线圈,它能够使数据传输时必要的差模信号通过,同时降低共模噪声,起到EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

共模扼流线圈虽然也是干扰滤波器,但其原理是根据传导方式的不同来区分干扰和信号,而非频率的差别。

之前也会想到,如果去掉差分走线下方的参考平面,是不是就可以抑制差分传输中的部分共模信号?但是也会衍生出个问题:不给共模信号提供地平面回路,肯定会造成 EMI 辐射问题。地参考平面肯定是高速信号的主要回流路径,信号总是沿着电感最小的回路进行回流,相互之间的耦合只有在跨分割的时候,才会成为回流路径。


差分信号常用的就是LVDS,提供1.2V偏置电压,大约高速振幅200mV,振幅低,降低设备在通信上的功耗。

LVDS驱动器是恒电流源模式,电流大约为4mA,传输线的终端匹配一般为50~100Ω,那么就是200~400 mV压差,总电压差为400~800mV。

对于LVDS,驱动器的启动电压为400mV,而不是200mV,考虑由于信号在传输线中的反射、串扰和损耗,即使会丢失一半的信号,但电路仍将运行正确。

还有一点,差分信号的匹配长度是两个信号到达终端的上升和下降时间之差和信号速度乘积只是我们默认为+/-5mil。

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