//差分線的優(yōu)勢//
差分線抗干擾能力強(qiáng)、信噪比高、輻射小、帶寬容量大等眾多優(yōu)點(diǎn),所以在目前的高速鏈路設(shè)計(jì)中,都選取差分線作為通信方式。
差分線使用兩根走線傳輸一路信號(hào),兩根線上攜帶的信息是相同的,但是信號(hào)的相位差是 180 度,這樣兩個(gè)線產(chǎn)生的場正好相互抵消,減少了輻射的產(chǎn)生。同時(shí)由于最終信號(hào)取兩根信號(hào)之差,所以當(dāng)受到共模信號(hào)干擾時(shí),兩根線所產(chǎn)生的噪聲幾乎相同,在接收端做差值時(shí)正好被抵消掉。
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差分線對(duì)噪聲天生的抑制能力有效的提高通道的信噪比,大大的改善了通道的信息容量,使得差分線在 Gigabit 以上的通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
//差分走線的幾種補(bǔ)償方式//
差分線跟單線傳輸相比,之所以具有眾多優(yōu)勢,是因?yàn)槠洳捎昧瞬顒?dòng)傳輸?shù)姆绞,即兩根線要保持 180 度的相位差,即我們平時(shí)所說的要保持兩根線的電流大小相等、方向相反。任何原因造成的相位失配,都會(huì)影響差分線的性能,甚至造成不可預(yù)知的后果,所以在 layout 設(shè)計(jì)中,我們必須做到差分線的等長要求。當(dāng)有相位失配(Phase mismatch)存在時(shí),如何對(duì)差分線進(jìn)行補(bǔ)償,選取的方法不同,得到的效果也會(huì)有很大的差異。
下面分幾種情況對(duì)差分線的補(bǔ)償方式做一個(gè)比較全面的剖析: - Case 1: 使用一個(gè)大的 segment 就近補(bǔ)償。
- Case 2: 使用小的突起沿線補(bǔ)償。
- Case 3: 在走線的末端進(jìn)行補(bǔ)償。
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圖1 三種不同的差分線補(bǔ)償方式
根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn),我們可以預(yù)測的到,Case 1 會(huì)造成大的阻抗不連續(xù),Case 2 的目的正是為了減小這種阻抗不連續(xù)性,Case 3 則是比較避諱的方法,走線大部分地方相位沒辦法同步。下面的工作就是通過仿真工具對(duì)這三種方式作出一個(gè)具體的對(duì)比分析。
//仿真設(shè)置//
1)走線寬度 4.5mils,間距為 7.8mils。
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2)調(diào)整疊層結(jié)構(gòu),使走線的阻抗保持在 100ohm,這里使用 Stripline,板材為 FR4, 介質(zhì)高度分別為 7.5mils 和 52.3mils。
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3)仿真工具選用 ADS- Momentum RF,掃頻范圍 0-60Ghz,Port 設(shè)置如圖1,運(yùn)行仿真,即可得到三種走線的模型。
//結(jié)果分析//
1)TDR 分析,測試脈沖 trise=20ps,參考阻抗 Z0=100ohm
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結(jié)果和我們想象的一致,Case 1 和 Case 3 具有較大的阻抗變化,Case 2 的阻抗變化分布在比較長的范圍內(nèi),所以整體變動(dòng)比較小。
2)觀察一下反射曲線 – Return losses
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從結(jié)果來看,Case 1 和 Case 3 的回路損耗均高于 Case 2,這個(gè)也是顯而易見。
3)傳輸參數(shù)的比較 – Insertion losses
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插入損耗的曲線出乎我們的預(yù)料之內(nèi),在 35Ghz 左右,Case 2 竟然出現(xiàn)了諧振點(diǎn),Case 1 和Case 3 在 60Ghz 整個(gè)頻段內(nèi)竟然吻合的很好。
4)模式轉(zhuǎn)化 – mode conversion
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上圖是差模轉(zhuǎn)化為共模的量,我們注意到,Case 2 中有大部分差模信號(hào)轉(zhuǎn)化為了共模信號(hào),這也一定是 Case 2 插入損耗比較大的原因所在。
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