差分传输线中的共模和差模特性阻抗

在差分传输线中的每个线条的特性阻抗Z₀都取决于它相对于另一个线条的驱动方式。例如，一个差分传输线的偶模Z₀（有时称之为共模或CM。也有人称它为齐模。）适用于它的两根线条是以同相方式驱动的情况。它不同于当两根线条以反相方式驱动时的奇模Z₀（有时也称之为差模或DM）。但还存在有另一种Z₀，那就是在一个差分对中的一根线条为自驱动线条，而另一根线条则保持静止状态时所看到的Z₀。在原丛书相关章节所附的文献中，给出了在一个背板产品中的差分传输线的设计、模拟和测量的例子。该例子中还包括了TDR模拟和实践中测量所获得的实际偶模和奇模阻抗。

因此差分Z₀仅存在于差模（DM）信号中。但在工程实践中，任何信号都不可能是完全平衡的。就是线条本身的不完善也会影响到它们的平衡。并引起共模（CM）电压和电流。诸如地反弹和限值反弹这类在线条中的不可避免的噪声通常也都是CM。所以在差分传输线中总会或多或少的存在有CM信号和噪声。即便在沿着线条长度上的DM Z₀得到完全控制，并且在终端上由电阻形成完善的匹配情况下，也要对CM Z₀（它具有一个与DM Z₀不同的值）进行必要的控制和正确的终止。假如通过采用在沿着线条长度上对CM Z₀的控制来达到阻抗非连续最小化的目的，并假定差分传输线的两根线条又没有仅用电阻正确地完成匹配，CM电压和电流将会沿着线条反射回来。这不仅会造成两个信号波形的失真，而且有可能引起SI问题。但更有可能的是引起严重的EMC问题。

直到几年前，对用于计算不同差分传输线的各种Z₀的若干公式仍有争议。如今，专家们已就各种计算方法和场求解器（程序）之间已达成相当一致的共识。所以，要注意尽量采用出自2000年以后出版的文献和书籍的计算公式，或使用2000年以后上市的应用软件。当然，最好还是使用一个场求解器（程序）来计算差分传输线的Z₀。

在对一个PCB上携载不同信号的线条布线时，为了信号的完整性，该两根线条应该间隔足够远以防止它们间的杂散电容和电感耦合引起的串扰问题。但在对工程实践中的差分对布线时，它们的间隔则应该尽可能地靠近，以使两根线条间的耦合尽可能的大。这种紧耦合差分传输线提供了最好的SI和EMC性能。

例如，一个由两个50Ω传输线线条组成的差分传输线，假如它们的间隔距离远到几乎没有什么耦合形成，那么，它的DM Z₀和CM Z₀将分列为100Ω和50Ω。但在两个线条足够靠近，并形成紧耦合的话，那么，DM Z₀将会有所降低（即降低到67Ω），而它的CM Z₀则会维持不变。

因此，对差分传输线来说，应该将它的线条间的间隔距离设置的尽可能靠近，以形成它们间最大可能电感和电容。同时，还应该控制沿着整个线条长度上的几何参数来尽量降低DM和CM Z₀中的阻抗非连续性。这样做不仅使差分线中的失衡最小化，而且对改善EMC性能也是非常重要的。在PCB上的一个差分线中的一段走线若正好是相对着一个完整实心参考面（多于一个参考面），几乎可以肯定会要求在沿着这一线段的线条宽度和间距保持恒定（理想情况下，一个差分线的整个长度都应该是像这样的一个线段）。

图2-5-27显示了使用入射波开关型（请同时参阅图2-5-14）时的终止差分线的两个例子。假如仍使用上述的那个例子，从线条到0V的两个电阻分别为R_1A和R_1B，并均为50Ω。而差分电阻（R₂）为200Ω。那么，50Ω的CM Z₀将与R_1A和R_1B相匹配。而67Ω的DM Z₀将会与R_1A与R_1B串联后（100Ω）再与R₂相并联的总电阻相匹配{（R_1A+R_1B）//R₂}。

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图2-5-27 差分线终端法的例子

当使用反射波开关型（请同时参阅图2-5-13）时，差分线的两个线条以及它们的串联电阻都必须设置在尽可能靠近它们的驱动器插针处。但是，仅使用具有两个串联电阻的紧耦合传输线是不可能在既满足CM特性阻抗的匹配的同时，又满足DM的特性阻抗的匹配的。正如前面的例子中的，对终止耦合入射波开关型差分传输线所要求的那样，它也将要求另外一个连接在两个线条间的电阻来完成DM Z₀的匹配。

在差分传输线接收器端的两线之间跨接单个电阻来完成该传输线的终止是常见的一种差分传输线终止方法。但从EMC角度来看，只有在已经使用CM扼流圈和其他方法把共模（非平衡）电流降低到忽略不计的数量级上时，才会被设计工程师们所接受。

另一个常见的差分传输线终止方法是把它的两根线分别看作为使用串联或并联（分路）技术的两根独立的单端线。但这个方法只有在该传输线的两线间距大到可以忽略不计它们间的耦合时才是可行的。况且，就EMC性能来说，它并不是一种最好的布线方法（虽然，当线条要穿越一个通孔区域，而该区域的焊盘之间又无法同时容纳两根线条时，它可能具有变成最佳选择的可能性）。

从关心EMC性能的观点来考虑问题时，关键是要使差分线的所有Z₀在它的一端或两个端头上都终止于匹配电阻上。从而防止了它们的DM或CM信号反射引起问题。

差分线条可以在同一个PCB层面上以共面方式布线，也可以在与线条宽面相邻的PCB层面上布线（即差分线条布线于不同的层面上）。但这种布线方式通常的SI和EMC都会较差。再加上还有一些其他的原因（请参阅文献宽边布局的非对称的有关内容），所以一般并不推荐采用。但有时这种方法可以将EMC恶化程度减至最小。