差分线绕线方法比较

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1.差分线的优势
差分线抗干扰能力强,信噪比高,辐射小,带宽容量大等众多优点,所以在目前的高速链路设计中,都选取差分线作为通信方式。差分线使用两根走线传输一路信号,两根线上携带的信息是相同的,但是信号的相位差是180度,这样两个线产生的场正好相互抵消,减少了辐射的产生。同时由于最终信号取两根信号之差,所以当受到共模信号干扰时,两根线所产生的噪声几乎相同,在接收端做差值时正好被抵消掉。差分线对噪声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,使得差分线在Gigabit以上的通信领域得到广泛应用。
2.差分走线的几种补偿方式
差分线跟单线传输相比,之所以具有众多优势,是因为其采用了差动传输的方式,即两根线要保持180度的相位差,即我们平时所说的要保持两根线的电流大小相等、方向相反。任何原因造成的相位失配,都会影响差分线的性能,甚至造成不可预知的后果,所以在layout 设计中,我们必须做到差分线的等长要求。当有相位失配(Phase mismatch)存在时,如何对差分线进行补偿,选取的方法不同,得到的效果也会有很大的差异。
安钢大厦下面分几种情况对差分线的补偿方式做一个比较全面的剖析:
Case 1: 使用一个大的segment就近补偿。
Case 2: 使用小的突起沿线补偿
Case 3: 在走线的末端进行补偿
图1:三种不同的差分线补偿方式
根据一般经验,我们可以预测的到,Case 1会造成大的阻抗不连续,Case 2的目的正是为了减小这种阻抗不连续性,Case 3则是比较避讳的方法,走线大部分地方相位没办法同步。下面的工作就是通过仿真工具对这三种方式作出一个具体的对比分析。
3.仿真设置
1.走线宽度4.5mils,间距为7.8mils
2.调整叠层结构,使走线的阻抗保持在100ohm,这里使用Stripline,板材为FR4, 介质高度
分别为7.5mils和52.3mils。
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3. 仿真工具
仿真工具选用ADS- Momentum RF ,扫频范围0-60Ghz ,Port 设置如<;图1:三种不同的差分线
补偿方式>,运行仿真,即可得到三种走线的模型。
键盘映射4. 结果分析
1. TDR 分析,测试脉冲trise=20ps ,参考阻抗Z0=100ohm
结果和我们想象的一致,Case 1和Case 3具有较大的阻抗变化,Case 2的阻抗变化分布在比较长得范围内,所以整体变动比较小。 2. 观察一下反射曲线 –
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Return losses
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从结果来看,Case 1和Case 3的回路损耗均高于Case 2,这个也是显而易见。 3. 传输参数的比较 – Insertion losses
插入损耗的曲线出乎我们的预料之内,在35Ghz 左右,Case 2竟然出现了谐振点,Case 1和Case 3在60Ghz 整个频段内竟然吻合的很好。 4. 模式转化 –
mode conversion
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上图是差模转化为共模的量,我们注意到,Case 2中有大部分差模信号转化为了共模信号,这也一定是Case 2插入损耗比较大的原因所在。
5. 原因分析
Case 1/2/3中的走线长度是完全相同的,实际上是对同一对差分线做了不同的绕线,然后平移开的。为什么Case 2中会出现大量的共模信号,我们可以从单端信号中到答案。 Case 1:插入损耗的幅值和相位
Case 2:插入损耗的幅值和相位

本文发布于:2023-08-14 18:03:21,感谢您对本站的认可!

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