同模阻抗NG怎樣處理?

在測(cè)同一被測(cè)線材時(shí)，其阻抗會(huì)因在該被測(cè)線材上傳輸?shù)?a target="_blank">信號(hào)型式不同，而分為單端阻抗，同模（共模）阻抗及差分阻抗，其差異主要表現(xiàn)在測(cè)試的信號(hào)條件上。故每種線均可測(cè)得上述3種阻抗，但因線材應(yīng)用不同，各種阻抗的影響性質(zhì)也不同，今天我們說的Common mode(共/同模)；同模阻抗也叫共地模式是測(cè)試一對(duì)線分別與地線之間的阻抗，基本上同模傳輸是用以模擬雜訊或做為量測(cè)線材平衡特性的用途，并不用在一般的信號(hào)傳輸，實(shí)際上在線材中傳輸?shù)男盘?hào)，由于相位或振幅不能維持在理想的狀態(tài)，從而使最終輸出的信號(hào)產(chǎn)生了共模的成份，而這些共模信號(hào)不具有原始差分信號(hào)抑制輻射的優(yōu)點(diǎn)，故對(duì)信號(hào)高頻傳輸會(huì)產(chǎn)生影響；同模阻抗NG,怎樣處理?

USB4 的差分轉(zhuǎn)共模阻抗協(xié)會(huì)規(guī)格要求

同模阻抗的物理概念說明

阻抗的種類和名詞定義

特性阻抗：是根據(jù)輸入阻抗計(jì)算的出的平均值。（什么是電纜的特性阻抗？）

特征阻抗是對(duì)于交流信號(hào)(或者說高頻信號(hào))來說的；特征阻抗屬于長(zhǎng)線傳輸中的一個(gè)概念，信號(hào)在傳輸線中傳輸?shù)倪^程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線和參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，由于電場(chǎng)的存在，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)小電流在傳輸線中的每一點(diǎn)都存在。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓，這樣在信號(hào)傳輸過程中，傳輸線的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是我們提到的傳輸線的特征阻抗。

什么是特性阻抗?

輸入阻抗：是線纜實(shí)際量測(cè)的阻抗值。

差分阻抗：發(fā)射信號(hào)可正負(fù)交替又稱為平衡阻抗。

由于訊號(hào)完整性問題，越來越多的線纜采用差分線來傳輸訊號(hào)：

差分結(jié)構(gòu)：由于共模抑制，能夠更好地抗干擾

差分結(jié)構(gòu)：由于抵消場(chǎng)，降低輻射雜訊（EMI）

差分結(jié)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)了更加精確的時(shí)序控制

差分結(jié)構(gòu)：由于抗干擾能力及降低輻射能量，減少了串?dāng)_

差分結(jié)構(gòu)：減少了由于電流瞬變導(dǎo)致的電源雜訊

差分傳輸線具有兩種獨(dú)特的傳播方式，每種方式都具有自己的特性阻抗。差分阻抗是指在差分驅(qū)動(dòng)時(shí)在兩條傳輸線中測(cè)量的阻抗，差分阻抗是奇模阻抗的兩倍。偶模阻抗被定義爲(wèi)通過監(jiān)測(cè)一條線路，而另一條線路先通過

同等訊號(hào)驅(qū)動(dòng)而測(cè)量的阻抗。下面是一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)和共模驅(qū)動(dòng)的圖示，圖中顯示了相應(yīng)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)分佈

共模阻抗：共模阻抗是指并連在一起的線路的阻抗，是偶模阻抗的二分之一。導(dǎo)體走正編織或地線走負(fù)的信號(hào)，目前用于同軸線或帶地線的CABLE，又稱不平衡阻抗。

差分阻抗：
假定在某一瞬間我們將兩根走線用電阻端接到地。因?yàn)閕1 = -i2，所以根本沒有電流流經(jīng)地。也就是說，沒有真正的理由把電阻接地。事實(shí)上，有人認(rèn)為，為了將差分信號(hào)和地噪聲隔離，一定不能將它們連接到地。因此通常的連接形式如圖1(c)中所示，用單個(gè)電阻連接線1 與線2。電阻的值是線1和線2 差模阻抗的和，或：
Zdiff = 2*Z0*(1-k) 或
2*(Z11 - Z12)
這就是為什么你經(jīng)?？吹綄?shí)際上一個(gè)差分對(duì)具有大約80Ω的差分阻抗，而每個(gè)單線阻抗是50Ω。

計(jì)算：
知道Zdiff 是2*(Z11-Z12)不是很有用，因?yàn)閆12 的值并不直觀。但是，當(dāng)我們看到Z12與耦合系數(shù)k 有關(guān)，事情就變得清晰了。事實(shí)上，耦合系數(shù)與我在Brookspeak 中關(guān)于串?dāng)_的專欄I中談到的耦合系數(shù)是相同的。國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)布的計(jì)算Zdiff 的公式II已經(jīng)被廣泛接受：
Zdiff = 2*Z0(1-.48*e-.96*S/H) 微帶線
Zdiff = 2*Z0(1-.347*e-2.9*S/H) 帶狀線
其中的術(shù)語(yǔ)在圖2 中定義。Z0 為其傳統(tǒng)定義III。
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共模阻抗：
為了討論完整起見，共模阻抗與上面略有不同。第一個(gè)差別是i1 = i2（沒有負(fù)號(hào)），這樣式3 就變成：
V1 = Z0*i1*(1+k)????????????????（4）
V2 = Z0*i1*(1+k)
并且正如所期望的，V1 = V2。因此單線阻抗是Z0*(1+k)。在共模情況下，兩根線的端接電阻均接地，所以流經(jīng)地的電流為i1+i2 且這兩個(gè)電阻對(duì)器件表現(xiàn)為并聯(lián)。也就是說，共模阻抗是這些電阻的并聯(lián)組合，或：
Zcommon = (1/2)*Z0*(1+k)，或
Zcommon = (1/2)*(Z11 + Z12)
注意，這里差分對(duì)的共模阻抗大約為差模阻抗的1/4。

同模阻抗NG，怎么辦

舉例分析：線材結(jié)構(gòu)28#/2P+8C +AL+B，2P/28#導(dǎo)體7/0.127,芯線HDPE ，OD:0.72mm,對(duì)絞絞距25mm;測(cè)試結(jié)果是衰減，差分阻抗OK, 同模阻抗NG.

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從上面的物理概念介紹可以了解到，差模（差分阻抗）包括介于驅(qū)動(dòng)器與接收器的一對(duì)走線（或?qū)Ь€）。我們一般認(rèn)為其中一根走線傳送正信號(hào)而另一根傳送負(fù)信號(hào)，并且大小相等極性相反，沒有通過地的返回信號(hào)；信號(hào)沿一根走線前進(jìn)并從另外一根返回。同模信號(hào)通常更難于理解。既可以包括單端走線也可以包括兩個(gè)（可能更多）差分走線。同樣的信號(hào)沿走線以及返回路徑（地）或者沿差分對(duì)中的兩根走線流動(dòng)。大部分人往往對(duì)共模信號(hào)不熟悉，因?yàn)槲覀冏约簭膩聿粫?huì)故意產(chǎn)生它們。它們通常是由從其它（鄰近或外部）源耦合進(jìn)電路的噪聲引起的。一般來講，結(jié)果最好情況是中性的，最壞情況是具有破壞性的。共模信號(hào)能夠產(chǎn)生干擾電路正常運(yùn)行的噪聲，并且是常見的EMI問題的來源。

上圖同模阻抗NG，共模阻抗受差分阻抗影響很大，差分阻抗偏小，共模阻抗也會(huì)偏小，如上圖首先改善差分阻抗，為了方便大家理解差分阻抗，我們舉一個(gè)生活在中的例子來加以說明。一條道路，如果非常平整，則我們就說它的平整度(特性阻抗)很高(亦即阻抗連續(xù)性好)。如果出現(xiàn)坑洼不平，我們就說他的平整度差(阻抗不連續(xù))。如果前面路斷了(斷頭路)，則車輛行人只能掉頭回來(斷頭相當(dāng)于電纜開路，阻抗突變?yōu)闊o窮大)。如果路面坑洼顛簸得很厲害，則底盤低的轎車就會(huì)放棄前行掉頭返回(阻抗突變導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生回波)。由此可以幫助理解：阻抗越連續(xù)(平順)，則信號(hào)回波越少。反之，回波越大，則阻抗越不連續(xù)(路面不平整順)。所以，通過測(cè)量回波，我們就可以了解路面的質(zhì)量(電纜的阻抗連續(xù)性)，改善阻抗就是改善線纜的結(jié)構(gòu)

第一，改善線纜結(jié)構(gòu)，將線纜的差分阻抗做到90歐姆，共模阻抗受差分阻抗影響很大，差分阻抗偏小，共模阻抗也會(huì)偏小。

第二，同模阻抗測(cè)試的是抗干擾能力，需要提高抗干擾能力就是將每對(duì)線纜增加屏蔽或者采用雙面鋁箔等。

第三，一對(duì)同方向電流的傳輸線，兩導(dǎo)線產(chǎn)生的磁力線在導(dǎo)線之間的相抵。兩導(dǎo)線產(chǎn)生的“環(huán)繞兩導(dǎo)線”的磁力線方向相同，磁場(chǎng)相增。這是電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的主動(dòng)情況，這種條件與外部干擾源產(chǎn)生感應(yīng)電流的被動(dòng)情況效果相似，外磁場(chǎng)環(huán)繞兩根導(dǎo)線，產(chǎn)生同方向電流，產(chǎn)生共模干擾。綜合而言同模阻抗測(cè)試的主要是干擾，而干擾的程度與導(dǎo)線的間距有關(guān)，間距大，磁場(chǎng)的不均勻就會(huì)產(chǎn)生差模。所以我們只要設(shè)計(jì)好差分阻抗和skew，共模阻抗就不成問題了！如何控制好的SKEW，需要減少半成品的絞合外徑及減少絞合絞距。

編輯：黃飛

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