谈谈差分信号

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习惯了单端信号,对差分信号的使用还是会有点发怵。所以有的器件厂商,虽然输入接口是差分,但是会注明一下,单端输入时的具体接法。

差分信号的抗扰以及EMI特性

但其实,由于差分信号是对差模信号响应,对共模信号不敏感,所以差分信号的抗干扰特性是优于单端信号的。

即差分信号是对两根线之间的差值响应,而不是对线与地之间的差值响应。比如说,有一干扰信号,耦合到一对差分线上,我们可以近似认为,耦合到两根线上的干扰是等幅同相的,所以差分信号对它不响应。

同时,差分信号上两根线上的电流是相反的,所以一定程度上,两者在两根导体外产生的磁场是有相消的情况存在的。而电场又紧密的耦合在一起,所以,差分信号对外产生的辐射干扰也是小于单端信号的。

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射频差分信号需要地平面么?

差分信号两线之间互为参考,那下面还需不需要地平面呢(2)(3)?这个问题稍微有点复杂。

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如果结构中,有两根耦合微带线以及参考平面的话,如上图所示,那在其结构中存在两种模式:

(1) 奇模模式

给两根线的驱动电压等幅反相,则会激发出奇模模式。

(2) 偶模模式

给两根线的驱动电压等幅同相,则会激发出偶模模式。

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从上图可以发现,不管是偶模模式还是奇模模式,都存在着微带线与参考平面的耦合。

虽然在奇模模式下,微带线之间会有一定程度上的互为参考面,但是还是有部分回流存在于参考地平面上。

如果地平面被分割或被移除,肯定会造成模式的破坏。

如果在实际设计时,需尽量保持差分线下地平面的完整。如果真的没办法,不能保证地平面完整的话,可以参考文献【3】,合理设计差分线之间的间距,选择介质材料的厚度,以减小地平面对微带差分线的阻抗。

差分信号为什么会有偶模模式呢?

理想的差分信号,共模就是DC,这个时候是不存在偶模模式的;只存在奇模模式。

但是如果差分信号的相位之间不是严格相差180度,而是有几度的偏移,这在实际应用中经常发生。这个时候,就产生偶模模式了。

我们可以用公式推导一下。

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如果假设频率为50Hz,用matlab画出上述的曲线,则可以看到共模信号已经产生,只不过幅度比较小。

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差分滤波器等怎么设计

如果需要在差分回路上放置滤波器,应该怎么设计呢?

其实很简单,比如你要设计输入输出阻抗为200ohm的差分滤波器【5】,就先设计输入输出阻抗为100ohm的单端滤波器,然后将两个这样的滤波器的接地端连接在一起,将原来并联支路上可合并的合在一起,即可得到输入输出差分阻抗为200ohm的滤波器。

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差分线绘制时,要注意哪些事项?【6】

(1) 差分线之间,首要任务是保持等长。

因为差分接收器主要通过检测正负信号的交叉点位置,所以,如果不等长,交叉点位置就会改变。

(2) 尽量保证差分线宽度、间距不变,因为这两个参数改变的话,会引起差分线特征阻抗的改变,引起反射。

(3) 补等长的时候,哪边有不等长不哪边。

(4) 和单端信号一样,避免使用90度角。

(5) 差分线之间布局尽量对称,特别在串联电阻或电容处。

(6) 在差分线上不要有stub.

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参考文献:

(1)https://wk.baidu.com/view/b482383edd3383c4ba4cd274?pcf=2

(2) https://wk.baidu.com/view/b1e5115b312b3169a451a432?pcf=2

(3)the impact of a nonideal return path on differential signal integrity

(4)Eric Bogatin,Not all common currents are bad

(5)Design of Differential Filters for High-Speed Signal Chains,TI 应用文档

(6)Understanding and Designing Differential Filters for Communications Systems,ADI应用文档

来源: 加油射频工程师

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