信号完整性（SI）电源完整性（PI）学习笔记（二十一）差分对与差分阻抗（一）

差分对与差分阻抗（一）

1.差分对是指存在耦合的一对传输线。
差分信令是用两个输出驱动器去驱动两条独立的传输线，所测量的信号是两条线之间的差。差分信令与单端信令相比有许多优点：
（1）双驱动器产生的di/dt比单端驱动器时的大幅降低，从而减小了地弹，轨道塌陷和潜在的EMI。
（2）与单端放大器相比，接收器中的差分放大器可以有更高的增益；
（3）差分信号在一对紧耦合差分对中传播，其串扰较小，应对差分对的两条传输线公共返回路径中的突变的稳健性也比较好。
（4）差分信号通过连接器或封装时，不易受到地弹和开关噪声的干扰。
（5）使用价格低廉的双绞线即可实现较远距离的差分信号的传输。
缺点：
（1）会产生潜在的电磁干扰，存在共摸分量等；
（2）与单端传输信号相比，传输线差分信号需要两倍数量的信号；
（3）要理解许多新原理和重要的设计原则。

2.当两路驱动器驱动一个差分对时，除了各自的单端信号，这两路信号之间还存在一个电压差，这样的信号称为差分信号。
Vdiff=V1-V2

3.共摸信号定义：两条信号线上你给的平均电压表示：

4.这些有关差分信号和共摸信号的定义适用于所有的信号，任何加在一对传输线上的任意信号都可用差分分量和共摸分量去描述，并且这种描述方法是完整和唯一的。给出差分信号和共摸信号分量，每条信号与返回路径之间的单端信号电压可表示为：

5.在理想情况下，通常认为共模信号是恒定不变的直流。共摸信号通常不携带信息，因此也不会影响信号完整性和系统性能。
但是在实际电路互连物理过程中，共摸分量的改变将会潜在地引起如下两个十分重要的问题：
（1）如果共摸信号电压过高，就会使差分接收器的输入放大器饱和，使之不能准确的读入差分信号。
（2）如果在同轴线缆中的有变化的共摸信号，就会潜在地引起过量的EMI。

6.差分和共摸这两个术语总是并且只是指信号的特性，而不是指令传输线差分对的性质。

7.构成差分对只需要两条传输线就足够了，每条线都可以是简单地单端传输线，这两条线合在一起就称为一个差分对，常见的差分对外形截面：

（1）差分对最重要的是，它的横截面积恒定不变，而且使差分信号有一个恒定的阻抗；
（2）差分对第二个重要性质，每条线上的时延是相同的，从而确保了差分信号边沿的陡峭；
（3）两条传输线应该完全相同，线宽和两条线之间的介质间距也该完全相同；
（4）传输线的长度也必须完全相同，就能保证传输线上的时延相同。
（5）差分对的两条传输线之间不一定有耦合，但没有耦合将导致差分对的抗噪声能力下降。

8.差分信号感受到的阻抗，即差分阻抗，是差分信号的电压与其电流的比值，差分对最重要的电特性就是对差分信号的阻抗，称为差分阻抗。

9.流经信号线与返回路径之间的电流为

差分阻抗大小是单端信号特性阻抗的2倍，因为两条信号线之间的电压是每条信号线自身电压的2倍，而流经差分信号线的电流却与流经单端信号线的相同，如果单端信号的特性阻抗是50Ω，差分阻抗就是2*100Ω。

10.出现振铃的原因就在于差分信号在低阻抗的驱动器和高阻抗的线末端之间出现了多次反弹。消除反射的一种方法是在两条信号线的末端跨接一个端接电阻，去匹配差分阻抗，这个电阻器的阻值必须为：Rterm=Zdiff=2*Z0.

两条信号线之间的等效阻抗（差分阻抗）是串联阻抗，即Zdiff=Z0+Z0=2*Z0（不考虑耦合的情况下）。