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關於差分線傳輸

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

想請教各位,差分線傳輸要求要緊密耦合,那會不會引起串擾呢?會引起串擾的,所以差分對一定要進行匹配,耦合的越緊,對匹配的要求越大。在做到良好的匹配的同時,耦合的越緊密,它們對外界的抗干擾越強因為外界干擾……

想請教各位,差分線傳輸要求要緊密耦合,那會不會引起串擾呢?
會引起串擾的,所以差分對一定要進行匹配,
耦合的越緊,對匹配的要求越大。
在做到良好的匹配的同時,耦合的越緊密,它們對外界的抗干擾越強
因為外界干擾對它們的影響是同時的,而差分對關注的是兩個信號的差別,所以對外界的共模雜訊免疫。

串擾是當信號發生跳變的時候由於線間的耦合電容耦合過來的,那差分對的匹配是什麼原理來消除串擾?具體說明有嗎?
匹配是通過消除反射來減小串擾的影響,但不是消除串擾
差分對之間既然存在電容和電感的耦合,那麼理論上也存在串擾,
前向串擾和後向串擾的反射是接受端受到的主要影響,前向串擾由於容性和感性耦合的極性相反,能大部分抵消(差分線之間容性耦合較大),而後向串擾的反射到匹配的終端之後沒有全反射疊加,其幅度也是很小的。對於具體的相互影響和制約關係,我也在思考中,請大家一起討論

但“前向串擾由於容性和感性耦合的極性相反,能大部分抵消”我不大理解,能畫個示意圖嗎?
另外,在長距離差分線傳輸中,比如485,422 等,參考設計在接收端
跨接120 歐姆的電阻,是差分線匹配而消除反射的做法嗎?
那個120 歐姆就是差分匹配電阻,這是一種簡化的差分匹配形式

對差分對是否一定要耦合的問題,爭論比較多,許多專家對此意見也不完全相同。
差分對耦合的主要目的是增強對外界的抗干擾能力和抑止EMI。
如果能保證周圍所有的走線離差分對較遠(比如遠遠大於3 倍的線寬),那麼差分走線可以不用保證緊密的耦合,最關鍵的是保證走線長度相等即可。(可以參見Johnson 的信號完整性網站上的關於差分走線的闡述,他就要求他的layout 工程師將差分線離得較遠,這樣可以方面繞線)。只是目前大多數多層高速的PCB 板走線空間很緊密,根本無法將差分走線和其它走線隔離開來,所以這時候保持緊密的耦合以增加抗干擾能力是應該的。

在高速的(10G 以上)晶元封裝基板的設計中,較為流行的一種做法就是將兩根差分線之間及外部都用鋪銅區隔離,這樣差分對之間沒有任何耦合,這樣的做法可以滿足嚴格的單根走線阻抗50 歐姆,差分阻抗100 歐姆的要求,在高頻下能得到較低的損耗(S11 回損和S21 差損參數)。
我覺得差分對不是一定要耦合的

差分可以不考慮串擾的,因為他們的串擾結果在最後的接受時會抵消.另外,差分要平衡走線,平行只是平衡的一部分而已.

我覺得差分對的耦合還是應該要的,對於單線匹配,雖然理論上很成熟,但是實際PCB 的線路還是有5%左右的誤差(一份材料上的,我沒自己做過)。另一方面,差分線可以看作一個自迴路系統,或者說它的兩根信號線上的信號是相關的。耦合過松,可能會引起不同來自別處的干擾,而對於有些介面電路來說,差分對的等長正是控制線路延遲的重要因素。所以,我覺得還是應該將差分線緊耦合的。

對於目前大多數高速PCB 板來說,保持很好的耦合是有利的
但是希望大家不要誤認為耦合是差分對的必要條件,這樣有的時候反而限制了設計的思路。
做高速設計或分析的時候,不光要知道大多數人是怎麼做的,更要了解別人為什麼這樣做,然後在別人的經驗基礎上進行理解和改進,不斷鍛煉自己創造性思維能力

匹配是需要的,但匹配原因不是反射,而是降低串繞干擾程度,如果降低和採用匹配方式有關,如果串電阻,則沒有效果,但如果採用接地或者接電源的端接匹配方式,則由於因為兩條線的線阻抗降低而使串繞降低...(大家都知道,搞阻抗的線容易接受外界的信號干擾,因為比較容易吸收)
大家可以做個實驗,把差分的線割斷,然後用飛線連。
如果兩根是分開的話,會出現信號的不穩定。
表現就是埠的信號時有時沒有。
但是用兩根並在一起的線飛的話信號就穩定了。
這是原來做的一個實驗,僅供參考

如果把他放在一個屏蔽的地方的話,可能結果又會不同。

為了保證信號傳輸更可靠,設計中兩個板子間每一個信號採用雙點雙線連接,也就是一對信號四根線,這樣用會出問題,接受端不能正常的接受結出正確的信號。只有差份信號會有這種問題,ttl 電平不會有這種問題。怎麼解釋?
1.我認為所謂差分線的緊密耦合也並不是說靠得越近越好,太近了也沒什麼用,因為差分傳輸也和地有關。
2,fenix 提到的向前和向後串擾大致是這樣的。向前串擾分為容性和感性,這兩者阻抗分別為1/jwc 和jwl,相位正好是相反的,到達終點時間相同,大小也差不多,所以可以認為抵消。向後串擾要持續2Tpcb,無法抵消。可以考慮在終端用電阻吸收掉

差分信號本身不要求單線阻抗,因為只要+,和-信號是對稱的,都可以在終端抵消由於單線阻抗不匹配引起的信號完整性問題,但是不控制單線阻抗,會幹擾周邊的別的信號,同樣如果周邊信號的EMI 干擾很小,根本不必考慮平行走線,而只關心倆信號線長度基本相同,飛線無所謂。緊密耦合走線,只是為了讓周邊信號對倆信號的共模干擾基本相同,而達到較高的共模抑制性能。


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