信号完整性基础--差分信号（一）

本章我们开始《信号完整性基础》系列第五章节差分信号相关知识的讲解。随着信号速率的不断提高，传统并行接口的应用挑战越来越大，基于差分信号的Serdes接口越来越普及，差分信号在其中的重要性不言而喻。

01 差分概述

差分信号：即两根线传输幅度相同，相位相反的一组信号。传输的信号中包括差模信号和共模信号。两者独立传输，其中差模信号携带信息，共模信号不携带信息。

差模信号为两根单端信号的差值，共模信号为两根信号线上的平均值。

差分线上传输差模信号时，信号工作在奇模状态。因此差分的差模阻抗为两根线各自单端的奇模阻抗之和；

差分线上传输偶模信号时，信号工作在偶模状态。此时差分共模信号感受到的是单端信号线偶模阻抗的并联阻抗。因此差分共模阻抗为单端偶模阻抗的一半。

差分阻抗确定后，奇模阻抗也确定，和单端阻抗的变化无关，如下图所示：

02 奇模传输和偶模传输

差分信号中，差模信号以奇模方式进行传输，共模信号以偶模的方式进行传输。如下图所示：

传输过程中，信号在奇模模式下，电平反向跳变，走线之间容性增强。此时信号传播速度快于电平同向跳变的偶模模式。

奇模和偶模传播方式，对于单端信号来说，还会造成阻抗的变化。随着间距的增加，这种变化会越来越小。当间距足够大，此时的差分对，已变成类似两根单端信号的走线。因此对于差分信号来说，将两根走线走成单端信号是可以的。实际布线中使用差分对，更多的是抗干扰等多方面的考虑。

03 差分端接

差分信号端接可以分为差模信号端接、共模信号端接、差模和共模信号端接三种方式。

当差分信号两根走线有任何不对称，就会发生模态转换（差模信号向共模信号转换，即共模信号发生波动）。如下图电压波形:

A、差模端接

端接差模信号，只要在末端差分对之间并联和传输线阻抗相等的电阻即可。

差分信号经过差模信号端接之后波形良好，但单端信号和共模信号改善不明显。因此这种端接方式适合对共模信号不敏感的差分应用中。

B、共模端接****

共模端接在每一根线在每一根线上端接一个电阻到返回路径，两个电阻的并联阻值等于共模阻抗。

共模信号端接并不能消除共模信号，只是阻止共模信号在电路上往返震荡形成振铃问题。

使用共模端接后，差模信号、共模信号以及单端信号都有好转。但是这种效果和耦合度有关，耦合度增加，共模阻抗增加，会恶化差模信号。

C、差模和共模端接****

差模及共模信号端接常用T型和PI型，两者选用的端接电阻阻值不同。

T型端接中两端的电阻为Zodd，中间抽头电阻为（Zeven-Zodd）/2；

PI型端接中两端的电阻为Zeven，中间电阻为2ZevenZodd/(Zeven-Zodd)。

在使用T型端接时，可以使用电容代替抽头电阻。电容值要保证共模信号的时间常数远大于信号的上升时间（>5倍以上）。

以上就是本期分享的所有内容啦，下一期我们接着分享差分信号剩余内容。差分信号是高速信号设计最常见的，大家都去学习起来吧。同时欢迎各位点赞、评论、转发分享哦。

审核编辑：汤梓红