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                                                                                                  深圳市福田區華強北路華聯(lián)發(fā)大廈602室

                                                                                                阻抗匹配與差分線(xiàn)設計

                                                                                                高頻高速是未來(lái)線(xiàn)纜行業(yè)的發(fā)展趨勢，隨之而來(lái)對原有普通線(xiàn)纜生產(chǎn)商帶來(lái)眾多技術(shù)挑戰，如您工廠(chǎng)需要相關(guān)高頻基礎知識的培訓，可以添加微信進(jìn)行申請，我們將可以給您工廠(chǎng)培訓相關(guān)高頻知識課題（線(xiàn)上+線(xiàn)下均可）。


                                                                                                差分線(xiàn)的基本概念

                                                                                                差分對是指一對存在耦合的傳輸線(xiàn)，每條線(xiàn)都可以用簡(jiǎn)單的單端傳輸線(xiàn)。這兩條線(xiàn)組合在一起就稱(chēng)為“一個(gè)差分對“。下圖為最常見(jiàn)的差分線(xiàn)對的截面圖。

                                                                                                1.png

                                                                                                差分傳輸是一種信號傳輸的技術(shù)，區別于傳統的一根信號線(xiàn)一根地線(xiàn)的做法，差分傳輸在這兩根線(xiàn)上都傳輸信號，這兩個(gè)信號的振幅相同，相位相反。在這兩根線(xiàn)上的傳輸的信號就是差分信號。

                                                                                                2.png

                                                                                                信號接收端比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的邏輯狀態(tài)，在電路板上，差分走線(xiàn)必須是等長(cháng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線(xiàn)，這兩根線(xiàn)上傳輸的信號就是差分信號(差模信號)。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強，缺點(diǎn)是電路比單端傳輸的復雜，一般在高速信號中， 其電壓幅度比較低， 像MIPI DSI規范低速振幅=1200mv， 而高速振幅=200mv， 所以采用上面的單端走線(xiàn)的話(huà)抗干擾能力實(shí)在太差了， 因此高速（低振幅）大部分是使用差分信號。如下圖

                                                                                                3.png

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                                                                                                4.png

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                                                                                                5.png

                                                                                                為了提高信號在高速率、長(cháng)距離情況下傳輸的可靠性，大部分高速的數字串行總線(xiàn)都會(huì )采用差分信號進(jìn)行信號傳輸。差分信號是用一對反相的差分線(xiàn)進(jìn)行信號傳輸，發(fā)送端采用差分的發(fā)送器，接收端相應采用差分的接收器。下圖是個(gè)差分線(xiàn)的傳輸模型及真實(shí)的差分PCB走線(xiàn)。

                                                                                                6.png

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                                                                                                7.png

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                                                                                                差分阻抗的基本概念

                                                                                                差分對最重要的電氣特性是差分信號的阻抗，稱(chēng)為“差分阻抗”，即差分對對差分信號的阻抗，是差分信號電壓與其電流的比值。這個(gè)定義是計算差分阻抗的基礎，其微妙之處在于怎樣定義信號的電壓和電流。對差分對來(lái)說(shuō)，若兩線(xiàn)離得足夠遠，則每條線(xiàn)的單端阻抗Z0為50歐姆。流經(jīng)信號傳輸線(xiàn)和返回路徑之間的電流為：

                                                                                                8.png

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                                                                                                9.png

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                                                                                                無(wú)耦合時(shí)的差分阻抗

                                                                                                假設兩條傳輸線(xiàn)相隔足夠遠，比如兩線(xiàn)相隔距離至少是線(xiàn)寬的兩倍，兩條線(xiàn)之間的相互作用就不明顯了，這就是無(wú)耦合的情況。如果一個(gè)差分信號沿差分對傳輸到達接收終端，那么終端的差分阻抗非常大，差分信號將會(huì )反射回源端。這種多次反射就會(huì )產(chǎn)生噪聲，影響信號質(zhì)量。下圖所示的就是一個(gè)差分線(xiàn)末端出現的模擬差分信號。振鈴的出現是由于差分信號在低阻抗的驅動(dòng)器和高阻抗的線(xiàn)端之間的多重反彈。圖中差分對互連末端沒(méi)有端接，并且差分對之間沒(méi)有耦合，下圖為差分電路和差分線(xiàn)對的遠端接收信號。

                                                                                                10.png

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                                                                                                11.png

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                                                                                                當兩條帶狀線(xiàn)相距越來(lái)越近時(shí)，它們邊緣的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì )重疊，二者之間的耦合程度也會(huì )越來(lái)越強。耦合程度用單位長(cháng)度上的互感電容C12與互感電感L12表示。當把兩信號線(xiàn)靠近時(shí)，C11和C12都會(huì )改變。當信號線(xiàn)1與其返回路徑的一些邊緣區域被相鄰信號線(xiàn)干擾時(shí)，C11將減小，C12會(huì )增加。但是，負載電容CL= C11+ C12改變不大。下圖所示為單位長(cháng)度上負載電容CL、單位長(cháng)度對角電容C11及耦合電容C12的變化情況。帶狀線(xiàn)材料是FR4，線(xiàn)寬5 mil，特性阻抗50歐姆，CL, C11與C12隨兩線(xiàn)的邊緣舉例的變化。

                                                                                                12.png

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                                                                                                13.png

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                                                                                                14.png


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