差分对回流分布
我们可以从差分信号回流的角度来分析差分阻抗,从而能更加清晰的理解差分线的工作。
当两条微带线(微带线和带状线是什么意思?这里可以扩展理解一下~)差分对间距大于3倍线宽时,两条传输线间的耦合度会很小。如下图中假设两条传输线线路1与线路2电流方向相反:
1. 此时我们可以将线路1和线路2看成独立的单端信号:其回流分布在各自线路下方,并不会相互重叠,两条线路的阻抗是相互独立。
2. 如果我们将线路1和线路2看成一个整体-差分信号:可以看成是线路1和线路2之间相互回流,即等量的电流从线路1(或线路2)流出到线路2(或线路1)。那么作为整体的差分线下方,其回流平面上的总回流为0(Zdiff = Z0 * 2)。
3. 我们知道单端阻抗表示的是:传输线相对于回流平面的阻抗特性。此时增加线路1和线路2与参考回流平面之间的距离,那么线路1和线路2的单端阻抗会增加。
4. 差分阻抗表示的是:线路1与线路2之间的阻抗特性。所以当增加线路1和线路2与参考回流平面之间的距离,其差分阻抗也会发生变化。
5. 如下右图所示,当距离h不断增加,如果返回平面距信号线足够远:差分信号(线路1和线路2)返回平面电流分布会相互重叠并完全抵消,两条信号线将完全相互回流,此时回流路径平面不会再影响到差分阻抗,差分阻抗将保持不变。
这里有两个非常有意思的问题:
1,随着线路与参考回流平面距离的增加,为什么单端阻抗会一直增大呢?
这是由于单端阻抗取决于线路1或线路2相对于参考平面之间的回流,随着距离的增加阻抗会不断变大。
2,如何理解:返回平面距离信号线足够远呢?
经验法则告诉我们:信号线与返回路径平面间距离大于或等于两条信号线外边缘之间的跨度。
从上分析可以得到结论:
1. 当信号线与返回平面之间的耦合度大于两条信号线之间的耦合度时:返回路径平面中出现明显的返回电流,返回平面对差分阻抗起到重要作用。
2. 当两条信号线之间的耦合度远大于信号线与返回平面之间的耦合度时:平面中的大部分返回电流会叠加、抵消,此时就算将返回平面去掉不会影响到差分阻抗,例如网线,连接器管脚等。
说到这里,似乎、好像、可能出现了一个明显的矛盾:我们之前分析差分阻抗是单端阻抗的两倍,但为什么现在又说单端阻抗可能会大于差分阻抗呢?
1. 我们首先需要明确的是,在本文中所说的单端阻抗与之前文章中所说的单端阻抗是两个不同的概念。
需要回顾一下“耦合”这一节中关于单端阻抗的描述,才能更深入理解这差别。如下图所示:当差分对两条信号线不同的驱动模式下,其单端阻抗表现是不一样的;
2. 本文中所说的单端阻抗是指:一条信号线有信号驱动,而第二条信号线保持固定电平。
这种情况下信号线的特征阻抗不会随差分对之间距离的变化而变化,单端阻抗只跟回流平面之间的距离(还有介电常数)相关。
3. 在之前文章所说的单端阻抗是指:特定电压驱动方式(两线反向驱动)下的单端阻抗。
所以它跟差分对之间的距离有关;即在相同电压驱动模式下,差分阻抗是单端阻抗的2倍。
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