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本章我們開始《信號完整性基礎》系列第五章節差分信號相關知識的講解。隨著信號速率的不斷提高，傳統并行接口的應用挑戰越來越大，基于差分信號的Serdes接口越來越普及，差分信號在其中的重要性不言而喻。

01 差分概述

差分信號：即兩根線傳輸幅度相同，相位相反的一組信號。傳輸的信號中包括差模信號和共模信號。兩者獨立傳輸，其中差模信號攜帶信息，共模信號不攜帶信息。

差模信號為兩根單端信號的差值，共模信號為兩根信號線上的平均值。

差分線上傳輸差模信號時，信號工作在奇模狀態。因此差分的差模阻抗為兩根線各自單端的奇模阻抗之和；

差分線上傳輸偶模信號時，信號工作在偶模狀態。此時差分共模信號感受到的是單端信號線偶模阻抗的并聯阻抗。因此差分共模阻抗為單端偶模阻抗的一半。

差分阻抗確定后，奇模阻抗也確定，和單端阻抗的變化無關，如下圖所示：

02 奇模傳輸和偶模傳輸

差分信號中，差模信號以奇模方式進行傳輸，共模信號以偶模的方式進行傳輸。如下圖所示：

傳輸過程中，信號在奇模模式下，電平反向跳變，走線之間容性增強。此時信號傳播速度快于電平同向跳變的偶模模式。

奇模和偶模傳播方式，對于單端信號來說，還會造成阻抗的變化。隨著間距的增加，這種變化會越來越小。當間距足夠大，此時的差分對，已變成類似兩根單端信號的走線。因此對于差分信號來說，將兩根走線走成單端信號是可以的。實際布線中使用差分對，更多的是抗干擾等多方面的考慮。

03 差分端接

差分信號端接可以分為差模信號端接、共模信號端接、差模和共模信號端接三種方式。

當差分信號兩根走線有任何不對稱，就會發生模態轉換（差模信號向共模信號轉換，即共模信號發生波動）。如下圖電壓波形:

A、差模端接

端接差模信號，只要在末端差分對之間并聯和傳輸線阻抗相等的電阻即可。

差分信號經過差模信號端接之后波形良好，但單端信號和共模信號改善不明顯。因此這種端接方式適合對共模信號不敏感的差分應用中。

B、共模端接

共模端接在每一根線在每一根線上端接一個電阻到返回路徑，兩個電阻的并聯阻值等于共模阻抗。

共模信號端接并不能消除共模信號，只是阻止共模信號在電路上往返震蕩形成振鈴問題。

使用共模端接后，差模信號、共模信號以及單端信號都有好轉。但是這種效果和耦合度有關，耦合度增加，共模阻抗增加，會惡化差模信號。

C、差模和共模端接

差模及共模信號端接常用T型和PI型，兩者選用的端接電阻阻值不同。

T型端接中兩端的電阻為Zodd，中間抽頭電阻為（Zeven-Zodd）/2；

PI型端接中兩端的電阻為Zeven，中間電阻為2*Zeven*Zodd/(Zeven-Zodd)。

在使用T型端接時，可以使用電容代替抽頭電阻。電容值要保證共模信號的時間常數遠大于信號的上升時間（>5倍以上）。

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