差分阻抗
我们首先从阻抗本身的定义出发，来定义差分阻抗：差分阻抗是差分信号感受到的阻抗，即，差分信号的电压与电流的比值。
这是差分对最重要的电特性，它决定了差分信号的信号完整性。根据差分对之间的耦合关系，可以分成两种情况：
1，差分对之间无耦合。
2，差分对之间紧耦合。
接下来，我们根据这两种情况扩展开来分析。
1.1 无耦合
1. 假设差分对的两条传输线距离非常远（至少是线宽的2倍（3w原则））；每条信号线单端特征阻抗Z0=50ohm，流经信号线与返回路径之间的电流：Ione = Vone/Z0。
2. 沿着差分对传播的差分信号跳变就是两条信号线上的差，差分对之间的电压为每条信号线上跳变电压的2倍（Vdiff=2*Vone）。
3. 两条差分信号线上的电流大小相等、方向相反，所以我们可以将两条信号线看成一个电流回路：Ione电流从一条信号线流出，再流入另外一条信号线流回到源端。
4. 因此我们就可以计算出差分阻抗为：
Zdiff = Vdiff/Ion
= 2*Vone/Ione
= 2*Z0
即差分阻抗是单端传输线阻抗的2倍。
5. 如下图所示，差分信号经差分对传输到了接收端，如果终端阻抗非常大（R开路），使得差分信号反射回源端，这种多次反射会产生振荡噪声；消除反射的方法是末端跨接一个端接电阻，匹配差分阻抗：Rterm = Zdiff = 2*Z0。
我们还可以将差分阻抗看成是两条传输线单端阻抗的串联，那么也可以单独将单端信号线做终端并联匹配Z0，此时差分线之间阻抗也是2*Z0。
在实际设计中，无耦合差分线比我们想象中的应用场景还要多。因为芯片往往只定义了差分阻抗要求，如果差分阻抗要求为100ohm，那么设计成无耦合差分线会更加方便。只要做好参考平面以及边上传输线串扰的控制，无耦合差分线也是一个非常好的选择。
1.2 耦合
当差分对的两条信号线慢慢靠近，它们的边缘电场和磁场会相互覆盖，耦合程度会变的很强。
此时差分阻抗的计算会变的复杂，我们在串扰章节中以互容C12和互感L12来描述两者的耦合强度，如下图所示为两条传输线之间距离与互容C12、互感L12之间的关系。
1. 如下左图所示，当信号线靠近时，C11和C12发生了改变，信号线1和回流路径之间的边缘场被邻近信号线阻断，导致C11减小而C12增加，而CL=C11+C12没有大的变化。
2. 如上右图所示，当信号线靠近时，L11和L12也发生了变化，由于邻近导线的感应涡流，L11将略有减小，L12将增加。
3. 所以两条信号线间距越小耦合越强，大致结论如下：
1, 间距最小情况下（1w），耦合程度<15%；
2, 间距>2w时，耦合度降低到了1%。
4. 当两条传输线相距很远时，线路1的特征阻抗与线路2完全没关系，其特征阻抗与C11成反比（Z0= √(L/C)）；但两条信号线距离非常近时，相邻信号线路2的存在会影响线路1的阻抗（邻近效应）；线路1的阻抗由负载电容决定：Z0 与1/CL成正比。
5. 根据如上分析，此时传输线2上信号状态不同，会影响差分对阻抗的大小：
1, 假设线路2被固定在0电位：那么线路1的单端特征阻抗基本不变（如上图CL变化不大）；
2, 假设线路2被驱动与线路1信号相反：由于线路1与返回路径和线路2之间存在dV11/dt和dV12/dt ，于是产生两个分别穿过电容C11和C12的电流，而线路1与线路2之间变化的电压是2倍单端信号电压：V12=2*V11；那么线路1上的电流：；线路1阻抗随间距的减小而减小。
3, 假设给线路2被驱动与线路1信号相同：那么两条信号线之间不存在电压差，只有电容C11存在，此时流经线路1的电流为：，线路1阻抗随间距的减小而增加。
4, 我们从上面的分析得到结论：当差分信号沿差分对传输时，其阻抗仍然是每条信号线单端阻抗的串联（2倍）；同时在两条信号线之间驱动差分信号时，每条信号线的阻抗为因为彼此间耦合而减小；如下所示最小距离耦合时差分阻抗减小约12%。
欢迎点“赞”“关注”“在看”，谢谢~
