串行總線---差分互連（二）

2017-04-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

講差分線,信號的模態是一個繞不過去的話題。記得我在剛接觸SI的時候,曾被這些概念弄得傷透了腦筋。差分,共模,奇模,偶模……這些概念經常把人繞的很暈。但是為了理解差分信號的傳輸機制,這些基礎概念又不得不理解清楚,弄清楚了,很多問題就會迎刃而解,下面就讓我們一起來捋一捋這些容易混淆的概念。

首先讓我們來明確一下共模信號的概念。共模信號是相對于差分信號來說的。看下面這張圖。

圖 1

差分信號和共模信號定義對比如下:

圖1和公式已經描述的很清楚了:在差分對中,差分信號被定義為兩根單端信號的差值,共模信號指的是兩根信號線上的平均值,暫且就這么理解吧。

那么,為啥要定義共模?個人理解:為了體現電壓的跳變,人為規定了一個電壓參考標準。將信號分成共模電壓和差分電壓來研究,能夠看清問題的本質。請看如下信號,該信號是直流還是交流?

圖 2

該信號既包含直流的成分也包含交流的成分,可以將信號拆開來看,拆分后,信號成分就很明確

圖 3

對這種分析方法有沒有很熟悉的感覺?其實將信號從時域轉換為頻域使用的就是這種思想。頻域中,我們將數字信號理解為不同頻率成分正弦波的疊加,這里我們又把信號拆分成直流和交流。由此,我們這樣來描述差分對上的單根信號:

如此一來,單端信號就被描述成為共模信號與差分信號的疊加,共模電壓一般是個恒定的值。單端信號也可以理解為以共模電壓為基礎,在共模電壓的基礎上上下擺動。這樣描述對于解釋差分信號的很多特性都有很大的幫助,例如在描述一個通道的時候,我們經常會提到差分轉共模。在理想情況下,共模信號是保持恒定不變的,如果共模信號出現了波動,就會出現EMI輻射問題。具體原理在后期的文章中會專門的講到。

這里我們引入了共模電壓的概念,相信大家對差分信號的認識更深刻了。那么,還經常聽到別人說到奇模,偶模。這又是啥意思呢?模態,說到底還是用來描述差分對上的信號狀態的。

圖 4

如上圖4所示,信號線1和2上的信號可以是同向的,也可以是反向的。信號的流向不同,對應的電磁場不同,如下圖5:

圖 5

兩線上有相同的驅動電壓為偶模;兩線上有相反的驅動電壓為奇模。奇模狀態下,圍繞在單根線周圍的磁場被抵消了一部分,偶模狀態導體周圍的磁感線得到了加強。奇模和偶模狀態,導致信號線周圍的電磁場分布不一樣,因此信號感受到的阻抗就會不一樣,我們知道差分阻抗一般情況下小于2倍的單端阻抗,這也是兩根線相互耦合的結果。

問題來了

什么情況下,差分對上的共模電壓會出現波動,跳變的共模電壓對系統有什么影響?

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