PCB傳輸線中的共模信號是怎么回事

本文是我們差分對系列的第一部分。它由我們的設(shè)計和裝配部門總經(jīng)理Atar Mittal撰寫。

在第一部分中，我們將討論：

• 單端線
• 差分對線
• 耦合系數(shù)
• 差分和共模信號
• 差分和奇數(shù)模式信號

單端線

在我們的PCB傳輸線系列中，我們確定單端傳輸線可以建模如下：

之間的關(guān)系線上任何一點(diǎn)的電壓和電流由下式給出：

其中'Z0'是線路的特征（或瞬時）阻抗。對于無損或幾乎無損的線，我們看到'Z0'由下式給出：

其中'L0'和'C0'分別是線的每單位長度（pul）的電感和電容。

差分對線

一對線可以建模如下：

我們在此假設(shè)該對的兩條線是相同且均勻的。并且它們在整個生產(chǎn)線上具有相同的分離。這些正是指定為差分對的一對線的特性。

當(dāng)我們有一對彼此靠近的線時，可以說在線存在電流2將在線路1中感應(yīng)出一些電壓，線路1中的電流將在線路2中感應(yīng)出一些電壓。因此，線路1的電壓'V1'不僅取決于線路1中的電流'I1'（通過阻抗'Z0'）第1行）。它還將依賴于線2中的電流'I2'通過線1和線2之間的耦合或互阻'Zm'。這種情況可以用下面的等式表示：

其中'Zse'是第1行的特征阻抗，'Zm'是第1行和第2行之間的相互或耦合阻抗。

兩條線之間的耦合

類似于第2行（差分對），與第1行相同，我們可以寫出以下等式：/p>

互阻抗'Zm'是由于兩條線之間的耦合而產(chǎn)生的。最重要的耦合劑是'Lm'，互感脈沖和'Cm'，第1和第2行之間的突變電容脈沖。

更緊密的是兩條線相互連接，耦合更大它們之間。實(shí)際上，如果線之間的間隔'S'減小，則所有三個參數(shù)的值 - 'Lm'，'Cm'和'Zm' - 增加。

等式（3）和（ 4）對于線1上的任何點(diǎn)和線2上的對應(yīng)點(diǎn)都是如此。對于均勻的差分對，'Zse'和'Zm'在差分對的每個位置具有相同的值。

耦合系數(shù)

由于'Zm'提供從一條線耦合到另一條線的信號電壓的大小，對于通過其自己的'Zse'貢獻(xiàn)的信號，我們可以將比率'Zm/Zse'定義為差分對的兩條線之間的耦合系數(shù)：

差分和共模信號

奇數(shù)和偶數(shù)模式

讓'V1'和'V2'成為信號電壓和'I1'和'I2'是差分對的兩條線中的信號電流，其特征在于阻抗'Zse'和'Zm'。我們知道這六個量通過等式（3）和（4）相關(guān)。

信號電壓'V1'和'V2'的差異稱為差分信號'Vdiff'。其中一半也稱為奇模式信號：

'V1'的平均值'V2'稱為共模信號'Vcom'。它也被稱為偶模式信號：

從5和6開始，我們可以用'Vdiff'表示'V1'和'V2' 'Vcom'如下：

這些等式表示任意兩個任意信號值的普遍事實(shí)'V1'和'V2'總是表示為并因此根據(jù)公共（或偶數(shù)）模式信號和差分（或奇數(shù)）模式信號進(jìn)行分析。

此外，等式（7a） （7b）還允許我們認(rèn)為'V'或'V''中'V'或'V''信號的一部分是“偏置”，差分模式（或奇數(shù)模式）信號'+ Vodd'和'-Vodd'騎行導(dǎo)致'V1'和'V2'。這種觀點(diǎn)是差分信號分析最重要的方面。

傳播時變信號

此時，我們繼續(xù)進(jìn)行概念分析，讓我們記住，使用傳輸線 - 單端或差分 - 是將時變信號 - 通常是高速數(shù)字信號或高頻模擬信號 - 從一個地方傳播到另一個地方。它是構(gòu)成信息的時變信號。靜態(tài)電壓和電流沒有任何信息。

因此，看看上面的等式（7a）和（7b），我們需要強(qiáng)調(diào)'Vcom'（或'Veven'）只是一種偏見差分對的兩條線上的電壓。主信號是差分信號（'V1-V2'）。其中一半添加到第1行，通常稱為正線。它由信號名稱中的后綴“+”或“P”標(biāo)識。從線2中減去另一半，通常稱為負(fù)線，并在其上的信號名稱中用后綴' - '或'N'標(biāo)識，以在信號發(fā)送器端構(gòu)成'V1'和'V2'。

目的地

在目的地，兩條線路進(jìn)入差分接收器的輸入端，檢測到差異（'V1 - V2'）在兩條線上的信號幅度作為真實(shí)信號。因此，在此過程中拒絕任何共模信號 - 故意交流偏壓和/或共模噪聲。

這種抑制共模信號的能力以及差分信號中的任何共模噪聲使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越單端信令，沒有辦法將噪聲與實(shí)際信號分開。

說完這個，我們可能會認(rèn)為我們需要更深入地分析差分或奇數(shù)模式忽略共同模式。但是，我們不要忘記，當(dāng)信號在線路上傳播時，它們會懷疑各種噪聲會疊加在它們上面。這可能會不利地影響信號完整性。因此，雖然差分對線對信號的差分（即奇數(shù)）部分的響應(yīng)是我們主要關(guān)注的問題，但我們還必須分析差分對對公共（或偶數(shù)）模式信號的響應(yīng)。

差分和奇數(shù)模式信號

我們現(xiàn)在將分析差分對，當(dāng)我們只發(fā)送奇數(shù)模式信號時 - 沒有任何共同點(diǎn)模式部分。

在這種情況下，由于'Vcom = Veven = 0'，我們來自（7a）和（7b）：

由于這些行是相同的，我們將'I2 = -I'使'I1 + I2 = 0'。因此，返回路徑中的電流將為零。

等式（3）或（4）現(xiàn)在給出：

我們像往常一樣，將'Vodd/Iodd'的比率定義為線的奇模阻抗：

現(xiàn)在'Zm = K.Zse'其中'K'是耦合系數(shù)。

由此可見，奇模阻抗小于單線的單端阻抗'Zse'且大于'Zm'（或“兩對”之間的耦合），'Zodd'與'Z0'的關(guān)系較小。

在下一篇文章中，我們將討論差分阻抗和偶數(shù)或共模。