奇模和偶模阻抗
1 差分阻抗
对于对称差分对的走线阻抗:
1. 当差分对被驱动成奇模时:单端走线的奇模阻抗。
2. 当差分对被驱动成偶模时:单端走线的偶模阻抗。
在此需要明确一下奇模阻抗和偶模阻抗的定义:
1. 奇模阻抗和偶模阻抗指的是:一条信号线在奇模或偶模激励下的特征阻抗。
所以需要着重理清:奇模阻抗和偶模阻抗是单端信号阻抗。
2. 差分阻抗是指:差分信号沿着差分对传播时受到的阻抗,是每条信号线与返回路径之间阻抗之和。
因此我们知道:当两条信号线无耦合时,差分阻抗是每条信号线特征阻抗的2倍。
而当两条信号线间距很小时,耦合就会变大,此时每条信号线的特征阻抗会变化,差分阻抗是奇模阻抗的2倍:Zdiff = 2 * Zodd;
举个栗子,奇模阻抗是45Ω,差分阻抗就是90Ω。
2 共模阻抗
共模阻抗是指:共模信号沿传输线传播时受到的阻抗。
共模信号是两条信号线的电压平均值,纯共模信号就是差分信号为0时的信号。
所以共模信号是差分对处于偶模状态,此时信号线1和信号线2的电压完全相同:V1 = V2。
如下图所示,每条线的特征阻抗称为偶模特征阻抗,对于共模信号而言,将信号线1与信号线2看成一个整体,那么它就是每条信号线特征阻抗的并联:Zcomm = Zquiv = (1/2)*Zeven。
如果对于上面的解释,理解起来有点困难,那么我们换个角度来阐述一遍:由于共模信号的每条信号线与返回路径的电压相同,但共模电流却是单条信号线的2倍,如果一个信号在电压相同情况下有2倍的电流,那么根据Z=V/I公式,其对应的阻抗就减小一半。
我们看到对于差模信号:差分对之间可以理解成相互回流,不需要回流平面参与。
但是对于共模信号:差分对之间却不能相互回流(两条信号线电流的流向一致),因为差分对的驱动电压完全一样,只能由参考平面回流。
所以当差分信号在传播过程中由于各种原因导致产生共模信号时,如果回流平面不连续或则是采用无屏蔽差分线缆传输时,那么可能产生很大的EMI辐射。
如下图所示,我们来具体看:奇模阻抗,偶模阻抗,差分阻抗,共模阻抗的定义,以及随差分对之间距离的关系。
差分阻抗(2倍的差模阻抗)随着间距的减小而减小,所以在特定差分阻抗要求下,差分对间距越小(紧耦合),那么信号线宽度要求越小,那么单位长度信号线的损耗就越高。
同时长距离差分对走线需要考虑线路损耗,所以对损耗和抗干扰能力要进行取舍。
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