串行總線---差分互連（二）

2017-04-10 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

講差分線,信號(hào)的模態(tài)是一個(gè)繞不過(guò)去的話題。記得我在剛接觸SI的時(shí)候,曾被這些概念弄得傷透了腦筋。差分,共模,奇模,偶?！@些概念經(jīng)常把人繞的很暈。但是為了理解差分信號(hào)的傳輸機(jī)制,這些基礎(chǔ)概念又不得不理解清楚,弄清楚了,很多問(wèn)題就會(huì)迎刃而解,下面就讓我們一起來(lái)捋一捋這些容易混淆的概念。

首先讓我們來(lái)明確一下共模信號(hào)的概念。共模信號(hào)是相對(duì)于差分信號(hào)來(lái)說(shuō)的?？聪旅孢@張圖。

圖 1

差分信號(hào)和共模信號(hào)定義對(duì)比如下:

圖1和公式已經(jīng)描述的很清楚了:在差分對(duì)中,差分信號(hào)被定義為兩根單端信號(hào)的差值,共模信號(hào)指的是兩根信號(hào)線上的平均值,暫且就這么理解吧。

那么,為啥要定義共模?個(gè)人理解:為了體現(xiàn)電壓的跳變,人為規(guī)定了一個(gè)電壓參考標(biāo)準(zhǔn)。將信號(hào)分成共模電壓和差分電壓來(lái)研究,能夠看清問(wèn)題的本質(zhì)。請(qǐng)看如下信號(hào),該信號(hào)是直流還是交流?

圖 2

該信號(hào)既包含直流的成分也包含交流的成分,可以將信號(hào)拆開(kāi)來(lái)看,拆分后,信號(hào)成分就很明確

圖 3

對(duì)這種分析方法有沒(méi)有很熟悉的感覺(jué)?其實(shí)將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換為頻域使用的就是這種思想。頻域中,我們將數(shù)字信號(hào)理解為不同頻率成分正弦波的疊加,這里我們又把信號(hào)拆分成直流和交流。由此,我們這樣來(lái)描述差分對(duì)上的單根信號(hào):

如此一來(lái),單端信號(hào)就被描述成為共模信號(hào)與差分信號(hào)的疊加,共模電壓一般是個(gè)恒定的值。單端信號(hào)也可以理解為以共模電壓為基礎(chǔ),在共模電壓的基礎(chǔ)上上下擺動(dòng)。這樣描述對(duì)于解釋差分信號(hào)的很多特性都有很大的幫助,例如在描述一個(gè)通道的時(shí)候,我們經(jīng)常會(huì)提到差分轉(zhuǎn)共模。在理想情況下,共模信號(hào)是保持恒定不變的,如果共模信號(hào)出現(xiàn)了波動(dòng),就會(huì)出現(xiàn)EMI輻射問(wèn)題。具體原理在后期的文章中會(huì)專(zhuān)門(mén)的講到。

這里我們引入了共模電壓的概念,相信大家對(duì)差分信號(hào)的認(rèn)識(shí)更深刻了。那么,還經(jīng)常聽(tīng)到別人說(shuō)到奇模,偶模。這又是啥意思呢?模態(tài),說(shuō)到底還是用來(lái)描述差分對(duì)上的信號(hào)狀態(tài)的。

圖 4

如上圖4所示,信號(hào)線1和2上的信號(hào)可以是同向的,也可以是反向的。信號(hào)的流向不同,對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)不同,如下圖5:

圖 5

兩線上有相同的驅(qū)動(dòng)電壓為偶模;兩線上有相反的驅(qū)動(dòng)電壓為奇模。奇模狀態(tài)下,圍繞在單根線周?chē)拇艌?chǎng)被抵消了一部分,偶模狀態(tài)導(dǎo)體周?chē)拇鸥芯€得到了加強(qiáng)。奇模和偶模狀態(tài),導(dǎo)致信號(hào)線周?chē)碾姶艌?chǎng)分布不一樣,因此信號(hào)感受到的阻抗就會(huì)不一樣,我們知道差分阻抗一般情況下小于2倍的單端阻抗,這也是兩根線相互耦合的結(jié)果。

問(wèn)題來(lái)了

什么情況下,差分對(duì)上的共模電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng),跳變的共模電壓對(duì)系統(tǒng)有什么影響?

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