42、差分信号传输的原理、特性与应用详解

差分信号传输的原理、特性与应用详解

1. 差分对的分离及其影响

当组成差分对的两条走线靠得很近时，它们之间会存在一定的互耦。这种耦合会降低走线之间的差分阻抗。例如，当两条特性阻抗 (Z_0 = 50\Omega) 的走线相距较远（无耦合）时，它们之间的差分阻抗应为 (Z_{DIFF} = 2Z_0 = 100\Omega)。而当将这两条走线靠得很近（强耦合）时，比如为了提高布线密度，差分阻抗会降低，可能在 70 到 90Ω 之间。

如果耦合效应使差分阻抗降得过低，可以通过减小走线宽度来提高阻抗。虽然走线仍存在耦合，但理论上可以通过减小走线宽度将差分阻抗恢复到 100Ω。

当强耦合的差分对遇到障碍物（如过孔）时，如果有空间将两条走线布在障碍物的同一侧并保持间距不变，不会出现特殊问题。但如果将走线分开绕过障碍物，分开区域的差分阻抗会恢复到未耦合时的 (2Z_0)。若在耦合状态下已减小走线宽度使差分阻抗恰好为 100Ω，那么恢复到未耦合状态时，细走线的差分阻抗将超过 100Ω。

为了近似计算这种不匹配的影响，假设存在一个长且均匀的差分传输结构，其差分阻抗为 (Z_{DIFF})。在该线路中间插入一段差分阻抗为 (Z_2)、长度（以时间计）为 (\Delta t) 的短线路，且 (\Delta t) 远小于信号的上升时间（或下降时间）(t_r)，这样不匹配的部分就可视为一个简单的集总元件电路。

分析步骤如下：
1. 计算与不匹配部分对应的 (L_2) 和 (C_2) 值：(C_2 \approx \Delta t / Z_{DIFF})，(L_2 \approx \Delta tZ_{DIFF})。
2. 将 (L_2) 分为两