差分对信号分析:明确信号和路由
你是否曾试图通过思考量子物理来说服自己入睡?嗯，我也没有;但是，我希望我可以。毕竟，量子物理学都是关于弦理论和反物质等很酷的东西。正电子和反质子似乎是电子和质子失散已久的兄弟。不幸的是，每一个都有相反的电荷和磁性，当他们聚在一起拍全家福时，发现他们是不同的，然后消失在科幻小说般的能量闪现中。
也许，只是也许，那一瞬间的能量会导致另一个宇宙，在那里PCB设计团队永远不会担心差分对和阻抗匹配。然而，在我们的现实中，我们需要抛开我们的差异，使用不同的信号。
差分对信号分析:超越我们的差异
差分信号沿PCB上的一对耦合迹线传输信息。路由跟踪建立一个平衡传输系统，通过PCB传输相等和相反的差分信号。一条线携带信号，而另一条线携带信号的互补、相等和相反的图像。因此，差分走线总是携带互补的电压和电流，同时具有相等的传播延迟。任何接收电路都对两个信号之间的差异作出反应。
从设计的角度来看，差分信号提供了几个关键的好处。第二道作为第一道的参考线，电路不需要参考电压。差分对的使用也消除了shared-impedance耦合如果您的设计将发射器和接收器放在同一个包中，就会发生这种情况。此外，差分信号最大限度地减少了由信号对产生的电磁干扰，并保持对共模电噪声免疫。
对称耦合传输线对的信号传播以偶数和奇数模式发生。偶模或共模信号具有相等的相位和相同的极性，而奇模信号具有相反的相位和不同的极性。在这两种情况下，信号的振幅保持不变。在奇数模式下，信号从传输对的一条线耦合到另一条线，并从源移动到匹配的负载。虽然一些信号流回源，但没有信号从匹配负载的远端返回。导线之间携带相同极性的偶模信号和迹线之间的公共接地。
透视阻抗
在进一步讨论之前，让我们重新看一看阻抗。就任何传输线而言，阻抗看起来像一个电阻，并且与长度无关。我们从两个角度考虑阻抗。瞬时阻抗表示信号沿传输线传播时所看到的阻抗。如果我们画一条传输线，并沿线标出间隔，我们就能看到瞬时阻抗的不同值在每个间隔。然而，具有均匀截面的传输线在每个间隔处产生恒定的瞬时阻抗。
确保差分对的阻抗是设计中的一项重要任务
特性阻抗表示表征整个均匀传输线的瞬时阻抗的单个值。换句话说，信号在沿直线传播时看到一个瞬时阻抗值。传输线的阻抗是特性阻抗。
我们可以用两种不同的方法来观察传输线的输入阻抗。如果我们在时域中查看输入阻抗，我们会看到阻抗随时间变化，并且根据源阻抗、信号的上升时间以及传输线的时间延迟而变化。在频域中，阻抗在任何单一频率上保持稳定。
当我们设计工作于高频和差分信号的pcb时，我们必须使用精确的方法来确定迹线宽度、厚度和路由，以考虑到单端阻抗、差分阻抗和共模阻抗。
单端阻抗表示对地的迹线阻抗。微分阻抗是指在两个微分迹线之间发现的电感阻抗和电容阻抗，等于差分对上的电压与电流的比率。差分对的每条轨迹的阻抗都指向地。共模阻抗发生在由共源平行驱动的对上。
匹配差分阻抗
现在，让我们进一步考虑奇模和偶模阻抗的行为。将微分阻抗除以二，得到每个迹线的奇模阻抗值，这在我们考虑如何匹配阻抗时变得相关。奇模模阻抗总是比偶模阻抗值低。
偶模阻抗等于由共同信号驱动的一对线的阻抗。减小迹线之间的距离会增加奇模电流，但会降低奇模阻抗。当我们处理偶模式信号时，减小迹线之间的距离会降低偶模式电流并增加偶模式阻抗。
不平衡阻抗允许共模电流在参考线上流动。然而，反过来，精确的平衡抵消了PCB设计中的共模电流流。这种平衡通过使用具有相同宽度、长度、厚度和高度的痕迹来实现。
在整个电路中匹配阻抗可产生所需的低电压驻波比(VSWR)。具有低驻波比的电路将最大功率从源传输到负载。如果在电路设计中实现50-Ω的特性阻抗，RF信号功率将有效地从源传输到负载。很少发生信号反射。任何阻抗不匹配都会导致诸如振铃和反射等问题，并降低电路传递能量的能力。
差分布线的频率和迹线厚度
广泛的因素强调了高频对阻抗的影响。让我们考虑一个简单的例子。在10mhz工作的电路中，0.25毫米厚的一厘米迹线的阻抗约为0.55欧姆。虽然小，阻抗引入了1%的误差，系统的特征阻抗为50Ω。然而，你可以通过跟踪导体的厚度和宽度、介质衬底的厚度以及衬底冲击阻抗的介电常数来控制高频对阻抗的影响。
建立成功的差异轨迹。
迹线方向的突然变化可能导致阻抗变化或介电常数在PCB的长度或宽度上发生变化。频率和温度的变化也会引起介电常数的变化。每个方差都会影响射频电路的特性阻抗。
微分信号的PCB布线不需要特定的微分阻抗，其目标是确保完整的信号到达目标。在处理数据或时钟信号的电路中缺乏适当的终止会导致反射的发生。串联终止只与时钟信号工作，并将终止放置在近端。使用近端串联终端会使驱动器将电路视为分压器。在终止后，驱动器上的振幅减小到一半。当信号到达传输线的末端时，整个信号反射并恢复振幅。
当你在PCB设计中工作时，你可以在差分对的两端放置平行端子。由于差动对作为传输线工作，您也可以只在传输线的远端放置终端。无论在什么位置，都应该将终止程序放置在尽可能靠近源或目标的地方。
除非成功，否则不要将就设计和分析微分对。利用OrCAD PCB Designer为了获得最准确的布局和分析结果，并确保匹配的阻抗以及任何其他设计需求，您需要验证。
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