PCB傳輸線中的差分對(duì)是怎樣的一情況

在查看差分阻抗以及偶數(shù)或共模之后，我們現(xiàn)在深入研究差分對(duì)的物理參數(shù)。

我們將討論：

線路電感和電容

案例1：奇數(shù)模式

案例2：偶數(shù)模式

單端阻抗

兩個(gè)串?dāng)_相關(guān)參數(shù)

差分對(duì)的詳細(xì)分析線電感和電容的分析

使用以下電路模型對(duì)無(wú)損單端傳輸線進(jìn)行分析，得到無(wú)窮小的長(zhǎng)度'delta x'：

這里，'L'和'C'分別是線路每單位長(zhǎng)度的電感和電容。經(jīng)過(guò)分析，我們得出一條點(diǎn)的線的特征（或瞬時(shí)）阻抗由下式給出：

傳播延遲'Pd '給出了：

我們現(xiàn)在可以將上述模型和結(jié)果應(yīng)用于差分對(duì)線路的電感和電容分析參與其中。我們假設(shè)這樣的線條使得導(dǎo)體電阻（'R''）和介電電導(dǎo)（'G''）可以忽略阻抗和傳播延遲的目的。這將是感興趣的實(shí)際頻率的情況。

下圖給出了差分對(duì)線的無(wú)限小長(zhǎng)度的電路模型：

這里'L0'和'C0'分別取決于每單位長(zhǎng)度每條線的電感和電容。 'Lm'是第1行和第2行之間每單位長(zhǎng)度的互感。'Cm'是第1行和第2行之間每單位長(zhǎng)度的電容。

情況1：奇數(shù)模式（純差分信號(hào)）

這里'V2 = -V1'和'I2 = -I1'。因此，沒(méi)有電流在返回路徑中流動(dòng)。 'Cm delta x'可以被認(rèn)為是兩個(gè)電容器，每個(gè)電容器的值為“2Cm delta x”，其中心點(diǎn)為零電位。 （這是因?yàn)閮蓚€(gè)相等電容之間的電位分壓。）因此，奇數(shù)模式下的等效電路變?yōu)椋?/p>

讓我們來(lái)看看線路1（第2行情況完全相似）。

第1行的感應(yīng)電壓由兩部分組成。一個(gè)歸因于'I'，流過(guò)'L0 delta x'。另一個(gè)是由于'I2 = -I1'，流過(guò)'Lm delta x'。這些可以等效地表示為由于'I'，流過(guò)'（L0-Lm）delta x'。因此，奇數(shù)模式中線1的每單位長(zhǎng)度的有效電感，由'Lodd'表示，將由下式給出：

有效電容在第1行和零電位線之間是'（C0 + 2Cm）delta x'。因此，每單位長(zhǎng)度的奇模線電容是：

根據(jù)定義，類(lèi)似于在單端線的情況下得到的結(jié)果，奇模特征阻抗由下式給出：

奇模信號(hào)的每單位長(zhǎng)度傳播延遲由下式給出：

這是純單位信號(hào)差分部分的單位長(zhǎng)度傳播延遲。此處還要記住的是，奇數(shù)模式或純差分信號(hào)的電磁波主要存在于兩條線之間的空間內(nèi)和周?chē)?。并且它們受參考或地平面的影響相?duì)較小。

情況2：偶模式（純共模信號(hào)）

在這種情況下，'V2 = V1'并且由于該對(duì)中的兩行是相同的，'I1 = I2'。由于'V1 = V2'，兩條線之間的電容'Cm'對(duì)兩條線中的電流沒(méi)有影響。因此可以忽略它，導(dǎo)致以下等效電路：

讓我們看一下第1行（第2行的情況相同）。

第1行的感應(yīng)電壓將由'I1'貢獻(xiàn)，流入'L0 delta x'。并且通過(guò)'I2 = I1''，流入'Lm delta x'。這相當(dāng)于說(shuō)'I1'流過(guò)'（L0 + Lm）delta x'。因此，偶數(shù)模式下任一行的每單位長(zhǎng)度的有效電感將為：

均勻模式下任一行的每單位長(zhǎng)度有效電容將是：

因此，任一行的偶模阻抗將由下式給出：

偶模信號(hào)的每單位長(zhǎng)度的傳播延遲由下式給出：

等式（13c）和（14c）清楚地表明' Zeven'比'Zodd'更重要。從理論上講，還知道'Lm'小于'L0'，'Cm'小于'C0'。

'Zse '，'Zm'和'K'用'L0'，'C0'，'Lm'，'Cm'

使用等式（12），（13）和（14） ），我們有：

關(guān)于'Zse'的一些詞

'Zse'是存在兩條線的任一條中的單端阻抗另一條線。當(dāng)沒(méi)有第二條線時(shí)，它與單條線的單端阻抗不完全相同。第二條線的存在稍微降低了阻抗。兩條線越耦合（或越接近），'Zse'將變得更少。

重要的是要注意，如果兩條線之間的耦合是'Zse'，則變化不大。不高。或者，如果我們可以使兩條線之間的間隔大于信號(hào)層和最近的地面/參考平面之間的導(dǎo)體寬度或介電高度的最大值。

。如果間隔大于信號(hào)層和最近參考平面之間的介電高度，則“Zse”相對(duì)相同。

此外，'Zse'不接近'L0/C0'但更接近'L0/（C0 + Cm）'。乍一看似乎令人驚訝，但情況確實(shí)如此。

定義一些新術(shù)語(yǔ)并不合適：

'KL'和'KC'可以分別稱(chēng)為電感和電容耦合系數(shù)。使用這些，我們可以將等式（15）寫(xiě)成：

自'KL'和'KC'小于1，并且對(duì)于大多數(shù)實(shí)際案例將明顯小于1，我們只能保留一階項(xiàng)，以便：

如果我們將方程（18a）與（8a）和（18b）與（10a）進(jìn)行比較，很容易得出結(jié)論：

并且：

值得一提的是，在大多數(shù)帶狀線差分對(duì)的實(shí)際情況中，歸納如果信號(hào)層上方和下方的PCB材料的介電常數(shù)幾乎相等，則耦合系數(shù)'KL'和電容耦合系數(shù)'KC'幾乎相等。

兩個(gè)串?dāng)_相關(guān)參數(shù)

在這里，我們還要定義另外兩個(gè)參數(shù)，NEXT和FEXT：

NEXT被稱(chēng)為最近的串?dāng)_系數(shù)。 FEXT稱(chēng)為遠(yuǎn)端串?dāng)_系數(shù)。這些參數(shù)在串?dāng)_分析中是重要的，當(dāng)兩條附近的線路中，一條是主信號(hào)線而另一條線是安靜的線路，我們希望在該線路上確定由于主線路上的信號(hào)電壓而引起的串?dāng)_電壓。我們將在下一篇關(guān)于串?dāng)_分析的文章中詳細(xì)闡述這一點(diǎn)。