3種差分走線補(bǔ)償對比：為什么忌諱在末端補(bǔ)償？

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//差分線的優(yōu)勢//

差分線抗干擾能力強(qiáng)、信噪比高、輻射小、帶寬容量大等眾多優(yōu)點(diǎn)，所以在目前的高速鏈路設(shè)計(jì)中，都選取差分線作為通信方式。

差分線使用兩根走線傳輸一路信號，兩根線上攜帶的信息是相同的，但是信號的相位差是 180 度，這樣兩個(gè)線產(chǎn)生的場正好相互抵消，減少了輻射的產(chǎn)生。同時(shí)由于最終信號取兩根信號之差，所以當(dāng)受到共模信號干擾時(shí)，兩根線所產(chǎn)生的噪聲幾乎相同，在接收端做差值時(shí)正好被抵消掉。

差分線對噪聲天生的抑制能力有效的提高通道的信噪比，大大的改善了通道的信息容量，使得差分線在 Gigabit 以上的通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

//差分走線的幾種補(bǔ)償方式//

差分線跟單線傳輸相比，之所以具有眾多優(yōu)勢，是因?yàn)槠洳捎昧瞬顒?dòng)傳輸?shù)姆绞�，即兩根線要保持 180 度的相位差，即我們平時(shí)所說的要保持兩根線的電流大小相等、方向相反。任何原因造成的相位失配，都會(huì)影響差分線的性能，甚至造成不可預(yù)知的后果，所以在 layout 設(shè)計(jì)中，我們必須做到差分線的等長要求。當(dāng)有相位失配(Phase mismatch)存在時(shí)，如何對差分線進(jìn)行補(bǔ)償，選取的方法不同，得到的效果也會(huì)有很大的差異。

下面分幾種情況對差分線的補(bǔ)償方式做一個(gè)比較全面的剖析：

• Case 1: 使用一個(gè)大的 segment 就近補(bǔ)償。
• Case 2:  使用小的突起沿線補(bǔ)償。
• Case 3:  在走線的末端進(jìn)行補(bǔ)償。
  

圖1 三種不同的差分線補(bǔ)償方式

根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，我們可以預(yù)測的到，Case 1 會(huì)造成大的阻抗不連續(xù)，Case 2 的目的正是為了減小這種阻抗不連續(xù)性，Case 3 則是比較避諱的方法，走線大部分地方相位沒辦法同步。下面的工作就是通過仿真工具對這三種方式作出一個(gè)具體的對比分析。

//仿真設(shè)置//

1）走線寬度 4.5mils，間距為 7.8mils。

2）調(diào)整疊層結(jié)構(gòu)，使走線的阻抗保持在 100ohm，這里使用 Stripline，板材為 FR4, 介質(zhì)高度分別為 7.5mils 和 52.3mils。

3）仿真工具選用 ADS- Momentum RF，掃頻范圍 0-60Ghz，Port 設(shè)置如圖1，運(yùn)行仿真，即可得到三種走線的模型。

//結(jié)果分析//

1）TDR 分析，測試脈沖 trise=20ps，參考阻抗 Z0=100ohm

結(jié)果和我們想象的一致，Case 1 和 Case 3 具有較大的阻抗變化，Case 2 的阻抗變化分布在比較長的范圍內(nèi)，所以整體變動(dòng)比較小。

2）觀察一下反射曲線 – Return losses

從結(jié)果來看，Case 1 和 Case 3 的回路損耗均高于 Case 2，這個(gè)也是顯而易見。

3）傳輸參數(shù)的比較 – Insertion losses

插入損耗的曲線出乎我們的預(yù)料之內(nèi)，在 35Ghz 左右，Case 2 竟然出現(xiàn)了諧振點(diǎn)，Case 1 和Case 3 在 60Ghz 整個(gè)頻段內(nèi)竟然吻合的很好。

4）模式轉(zhuǎn)化 – mode conversion

上圖是差模轉(zhuǎn)化為共模的量，我們注意到，Case 2 中有大部分差模信號轉(zhuǎn)化為了共模信號，這也一定是 Case 2 插入損耗比較大的原因所在。

//原因分析//

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