差分信号在设计高速数字总线时是一个有用的工具,可以在接收端显著减少共模噪声,从而能实现较高的数据速率。然后差分信号并不是万能的,最明显的是同单端总线相比,一对差分总线将在PCB上占据更大的面积,有时差分总线非常大,使得需要更多的叠层;同时如果信号数量增加,又会使封装、接口以及连接引脚大大增加,使得设计变得更复杂,从而增加了系统成本。另外差分对的阻抗容限大于单端,阻抗容易受PCB工艺影响,从而为阻抗控制增加难度,控制不当,差分对中微小的不对称将会对信号完整性产生巨大的影响。本文来讲讲当差分线出现不匹配,产生共模噪声时的模式转换问题。
在差分互连中,从差分到共模的转换是不希望出现的效应,因为共模可能引起信号衰减和电磁发射。模式转换通常发生在弯道和过孔附近的非对称布线处,在弯曲的情况下,可以用局部电磁分析来模拟效果(不像在共模下没有缝合过孔的情况下)。
首先通过差分对S参数来分析下模式转换,下图是一个典型的2端口网络,根据这样的定义,信号不是参考地电位,而是参考耦合对的一条线上的信号到另一条线上。
将通常的2端口延申到4端口,如下图,就可以看到常见的差分对网络的端口定义。