如何正確區(qū)分差分阻抗與奇模阻抗，共模阻抗與偶模阻抗

記得在剛學(xué)習(xí)差分線（對）的時候，總是對一些概念把握不準(zhǔn)，很多概念都會混淆，比如差分（很多人還會誤解成差模）、共模、奇模與偶模，以及由此延伸出的差分阻抗、共模阻抗、奇模阻抗與偶模阻抗，光是這些概念，就很容易讓初學(xué)者望而卻步，剛覺得好像摸著點了門道，但越往下看越覺得摸不著頭腦，概念太多太容易混亂，這就是初學(xué)者的痛苦。好吧，要想完全理解，沒有個兩三遍回爐是很難入信號完整性之門的，除非過目不忘哈。

當(dāng)然我沒有過目不忘的本事，所以就只能把書老老實實的看了一遍又一遍，然后才有了一些學(xué)習(xí)的筆記，記錄了對這些概念的個人理解。

差分線本身沒有任何內(nèi)涵，就是兩根普通的單端傳輸線（一般默認(rèn)線寬線厚一致）的組合而已，它們之間可以沒有任何關(guān)系，最終決定它們特性的其實是這兩條傳輸線上的信號傳輸方式，在這里主要介紹兩種比較特殊的傳輸方式，奇模與偶模傳輸，它們都可以實現(xiàn)無失真的傳輸。奇模就是兩線上有大小相等方向相反的驅(qū)動電壓，偶模就是兩線上有大小相等方向相同的驅(qū)動電壓。它們是信號傳輸?shù)姆绞?，又叫激勵狀態(tài)，相對人而言，模態(tài)賦予了差分線的生命和精神，沒有激勵，差分線只是肉體而已。對于無失真的傳輸來講，差分線有奇模狀態(tài)和偶模狀態(tài)之分，它們可以用如下圖一來表示。

圖一 奇、偶模狀態(tài)

在奇模狀態(tài)下，加載在兩根傳輸線上的電壓我們叫做差分信號，這兩個信號達到接收器時，接收器從兩個信號的差值中提取信息，這個差值信號就是差分信號。同時，接收端還能感受到另一種信號，這個信號就是兩條傳輸線上的平均電壓，我們把這個平均電壓叫做共模信號。如下圖二所示。

圖二 差分信號與共模信號

通過上圖我們就能知道差分信號和共模信號其實是兩個單端信號的組合，可以通過下面兩個公式得到差分電壓和共模電壓的值。

同時差分與共模是共存的，他們是兩個信號之間的兩種不同分量，所以V1和V2也可以由Vdiff和Vcomm來表示如下。

同時我們也可以看到，組成差分信號的兩根單端信號在傳輸線上傳輸仍要遵循單端信號傳輸?shù)母鞣N規(guī)律，所以我們在看DDRx時鐘信號質(zhì)量時，既要看差分信號質(zhì)量，同時還要分別看單端信號的質(zhì)量情況。一般我們不看共模信號，通常它不攜帶有用信息，理想情況下，共模信號是恒定的，但很多情況下我們的傳輸線不可能完全對稱，所以就會帶來共模分量的改變，這個分量會帶來潛在的EMI問題。

根據(jù)上面的理解，當(dāng)差分線上傳輸?shù)氖遣罘中盘枙r，此時差分線處于奇模狀態(tài)，那么每條單根信號線的阻抗就叫奇模阻抗，簡單來說奇模阻抗就是當(dāng)差分線處于奇模狀態(tài)時的每條單根信號的特性阻抗，它是每條單端信號線與其返回路徑之間的阻抗，所以奇模阻抗是針對單根信號來說的。而差分阻抗是差分信號沿著差分對傳輸時感受到的阻抗，它是兩根單線阻抗（奇模阻抗）的串聯(lián)，在線寬線厚一致的情況下，差分阻抗等于奇模阻抗的2倍，即Zdiff=2*Zodd。

同樣，當(dāng)差分對處于偶模狀態(tài)時，此時每條單根信號線上的阻抗就叫做偶模阻抗，偶模阻抗和奇模阻抗一樣，都是針對單根信號來說的。那共模阻抗又是怎么回事呢？這里要簡單的區(qū)分一下，共模阻抗其實是純共模信號的產(chǎn)物，還記得我們前面說的共模信號與差分信號是共存的，它是兩信號線電壓的平均值，但純共模信號一般指的是在兩信號線上施加大小相等方向相同的電壓，此時差分對正好處于偶模狀態(tài)。而純共模信號沿著差分對傳輸時感受到的阻抗，它是兩根單線阻抗（偶模阻抗）的并聯(lián)，我們通常叫這個并聯(lián)阻抗為共模阻抗，其實嚴(yán)格來說它應(yīng)該叫純共模阻抗，所以共模阻抗是最不好理解的。由于是兩根相同傳輸線偶模阻抗的并聯(lián)，共模阻抗就等于偶模阻抗的一半，即Zcomm=1/2*Zeven。

差分阻抗與奇模阻抗，共模阻抗與偶模阻抗可以通過如下圖三來描述。

圖三

對于兩條無耦合的50ohm傳輸線構(gòu)成的差分對，奇模阻抗等于偶模阻抗，即Zodd=Zeven=50ohm，差分阻抗等于2倍的奇模阻抗，即Zdiff=2*Zodd= 100ohm，共模阻抗等于偶模阻抗的一半，即Zcomm=1/2*Zeven=25ohm。下圖四是某阻抗計算軟件得到的無耦合下的各種阻抗結(jié)果。

圖四

對于兩條有耦合的差分線，由于互容互感的存在，在其他條件不變的情況下，每條線的奇模阻抗將會減小，偶模阻抗將會增加，此時偶模阻抗將會大于奇模阻抗，這樣會導(dǎo)致差分阻抗將會相對減小，共模阻抗將會相對增加，這也是為什么我們在布線的時候要求拉大信號之間的間距，因為除了串?dāng)_外，它還會影響信號的阻抗。如下圖五所示為軟件計算的有耦合情況下的各阻抗值。

總結(jié)一下，奇模和偶模代表的是電壓的傳輸方式，也是差分線特殊的信號激勵狀態(tài)，奇模阻抗是差分線處于奇模狀態(tài)時單根線的特性阻抗，而此時差分信號感受到的阻抗就是差分阻抗；偶模阻抗是差分線處于偶模狀態(tài)時單根線的特性阻抗，此時共模信號感受到的阻抗就是共模阻抗，其實叫純共模阻抗更準(zhǔn)確一點。

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