差分阻抗-什么是差分

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1、【引用】差分阻抗-什么是差分？2011-05-0310:49:18

2、分类：硬件设计

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4、字号大中小订阅本文引用自Santos《差分阻抗-什么是差分？》当你认为你已经掌握了PCB走线的特征阻抗Z0，紧接着一份数据手册告诉你去设计一个特定的差分阻抗。令事情变得更困难的是，它说：“……因为两根走线之间的耦合可以降低有效阻抗，使用50Ω的设计规则来得到一个大约80Ω的差分阻抗！”这的确让人感到困惑！这篇文章向你展示什么是差分阻抗。除此之外，还讨论了为什么是这样，并且向你展示如何正确地计算它。单线：图1(a)

5、演示了一个典型的单根走线。其特征阻抗是Z0，其上流经的电流为i。沿线任意一点的电压为V=Z0*i（根据欧姆定律）。一般情况，线对：图1(b)演示了一对走线。线1具有特征阻抗Z11，与上文中Z0一致，电流i1。线2具有类似的定义。当我们将线2向线1靠近时，线2上的电流开始以比例常数k耦合到线1上。类似地，线1的电流i1开始以同样的比例常数耦合到线2上。每根走线上任意一点的电压，还是根据欧姆定律，为：V1=Z11*i1+Z11*k*i2（1）V2=Z22*i2+Z22*k*i1现在我们定义Z12=k*Z11

6、以及Z21=k*Z22。这样，式（1）就可以写成：V1=Z11*i1+Z12*i2（2）V2=Z21*i1+Z22*i2这是一对熟悉的联立方程组，我们可以经常在教科书中看到。这个方程组可以一般化到任意数量的走线，并且可以用你们中大部分人都熟悉的矩阵形式来表示。图1各种走线的结构特殊情况，差分对：图1(c)演示了一对差分走线。重写式1：V1=Z11*i1+Z11*k*i2（1）V2=Z22*i2+Z21*k*i1现在注意在仔细设计并且是对称的情况下，Z11=Z22=Z0，且i2=-i1这将导致（经过一些变

7、换）：V1=Z0*i1*(1-k)（3）V2=-Z0*i1*(1-k)注意V1=-V2，当然，这是我们已经知道的，因为这是一个差分对。有效（差模）阻抗：电压V1以地为参考。线1的有效阻抗（单独来看，在差分对中叫做“差模”阻抗，通常叫做“单线”阻抗）为电压除以电流，或：Zodd=V1/i1=Z0*(1-k)由上可知，因Z0=Z11且k=Z12/Z11，上式可写成：Zodd=Z11-Z12这也是一个在许多教科书中都可以看到的公式。为了防止反射，正确的端接方法是用一个值为Zodd的电阻。类似地，线2的差模阻抗

8、与此相同（在对称差分对的特定情形下）。差分阻抗：假定在某一瞬间我们将两根走线用电阻端接到地。因为i1=-i2，所以根本没有电流流经地。也就是说，没有真正的理由把电阻接地。事实上，有人认为，为了将差分信号和地噪声隔离，一定不能将它们连接到地。因此通常的连接形式如图1(c)中所示，用单个电阻连接线1与线2。电阻的值是线1和线2差模阻抗的和，或：Zdiff=2*Z0*(1-k)或2*(Z11-Z12)这就是为什么你经常看到实际上一个差分对具有大约80Ω的差分阻抗，而每个单线阻抗是50Ω。计算：知道Zdiff是

9、2*(Z11-Z12)不是很有用，因为Z12的值并不直观。但是，当我们看到Z12与耦合系数k有关，事情就变得清晰了。事实上，耦合系数与我在Brookspeak中关于串扰的专栏I中谈到的耦合系数是相同的。国家半导体发布的计算Zdiff的公式II已经被广泛接受：Zdiff=2*Z0(1-.48*e-.96*S/H)微带线Zdiff=2*Z0(1-.347*e-2.9*S/H)带状线其中的术语在图2中定义。Z0为其传统定义III。图2查分阻抗计算中的术语定义共模阻抗：为了讨论完整起见，共模阻抗与上面略有不同。

10、第一个差别是i1=i2（没有负号），这样式3就变成：V1=Z0*i1*(1+k)（4）V2=Z0*i1*(1+k)并且正如所期望的，V1=V2。因此单线阻抗是Z0*(1+k)。在共模情况下，两根线的端接电阻均接地，所以流经地的电流为i1+i2且这两个电阻对器件表现为并联。也就是说，共模阻抗是这些电阻的并联组合，或：Zcommon=(1/2)*Z0*(1+k)，或Zcommon=(1/2)*(Z11+Z12)注意，这里差分对的共模阻抗大约为差模阻抗的1/4。I"Crosstalk,Part2:HowLou

11、dIsIt?"Brookspeak,December,1997.II参考国家半导体"IntroductiontoLVDS"（第28-29页），可以从其官方网站上访问：http://www.national.com/appinfo/lvds/。III参考"PCBImpedanceControl,FormulasandResources",March,1998,第12页。公式为：会使高频信号能量衰减的原因一是导体本身的电阻特性(conducto