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作者：一博科技高速先生成員 黃剛 從上篇文章的仿真結果來看，一對差分線的確是可以通過互為回流的方式來很好的控制到阻抗，那么為什么所有設計規則中，甚至從我們的認知中都覺得需要有一個參考地才能是完整的差分線傳輸結構呢？對于很多工程師來說，他們可能都說不出具體的原因，但是地這個概念已經深入他們的心里去了，那么今天，高速先生就希望給你們都講個明白哈！ 首先我們還是先拿上篇文章建立的模型繼續展開來說哈，為什么沒有地也能控制到阻抗，理論和公式告訴我們，阻抗和參考平面的距離成正比，同時也知道，如果與參考平面的距離（下圖的H參數）太近的話，同樣情況下阻抗是低的，因此我們先驗證下，如果參考平面從比較近到慢慢變遠的過程中，差分線的阻抗到底會呈現一個怎么樣的變化。 果然，我們掃描H這個參數，會發現隨著H的增大，阻抗的確慢慢增加，但是同時也需要注意到最重要的一點，就是當H增大到一定的數值后，阻抗增加的幅度就變得很小了。。。 因此，如果H再增加的，就很接近上篇文章沒有地的100歐姆了，當然由于本文的這個模型還增加了一對旁邊的走線，gap為3W，因此也會受到一丟丟旁邊走線的影響，阻抗也會略低。至于，為什么本文要增加旁邊的一對走線，后面你們就知道啦！ 我們知道，如果是單端信號的話，它必須要有回流路徑，也就是我們通俗說的參考平面才能控制到阻抗，保證信號的傳輸，差分信號就是可以互為回流路徑，才能控制阻抗和往前傳輸。對于單端信號而言，它只會有對“地”的阻抗，但是作為差分線，它就存在差分阻抗和共模阻抗兩個形式，所謂差分阻抗就是我們平時說的差分線的阻抗，就是差分線P和N作為差模傳輸情況下的阻抗，但是差分線還有共模阻抗一說，也就是差分線P和N各自對“地”的阻抗，用于傳輸差分對的同模信號。正常來說，理想的差分線是不存在同模信號的，但是只是在理想情況下而已，在非理想情況下或多或少都會產生同模信號，因此共模信號就會隨著差分對一起傳輸和串擾到其他信號上去。 說了那么多理論，到底沒有地會存在什么具體的風險嗎？我們還是以上面的模型繼續往下分析哈。除了差分對的差模阻抗外，我們隨便看看它的共模阻抗，正常按照100歐姆的差分阻抗控制的話，理想的共模阻抗為25歐姆（也就是單端50歐姆的對地并聯阻抗），通過下圖能看到，隨著參考平面的距離越來越遠，共模阻抗增加得非常明顯，而且更重要的一點是，40mil這樣看起來已經比較遠的地距離和沒有地的情況下，共模阻抗還不是一個很接近的量級，相差還是比較大的。 那問題來了，共模阻抗增大有什么影響嗎？這就是我們的模型為什么建了2對差分線的原因了。可以看到，還是隨著地平面距離的增加，這個兩對線之間的共模串擾變得非常的嚴重。這才是沒有地平面時產生的最大問題點，共模阻抗增加之后，反射變得嚴重，另外由于沒有地平面的包裹，共模的能量就很輕易的往四周擴散，因此串擾會急劇的增加。 總結一下哈，首先在沒有地平面的情況下，差分線的差模阻抗的確是可以通過差分線之間的回流來控制到，但是差分線會存在著共模阻抗這一個形式，共模阻抗是需要地平面來控制的，在理想情況下的確差分線是不存在共模阻抗的，但是在非理想情況下一旦產生了共模分量，它就是能很輕易的往板上的其他信號甚至往空間去擴散，形成對其他信號的嚴重串擾和EMI輻射，是一個不少粉絲可能沒有去關注的參數。因此隨著速率的提高，地平面基本上也是差分線不可或缺的組成哈，不要輕易的嘗試這種特殊設計。 問題來了 大家可以思考下，到底差分線在什么情況下會產生同模信號來干擾到別人呢？ |
