1、差分信号简介
当驱动器在传输线上驱动一路信号时，在信号线和回来途径之间会存在一个信号电压，一般称为单端传输线信号。当两路驱动器驱动一个差分对时，除了各自的单端信号外，这两路信号线之间还存在着一个电压差，称为差分信号。与单端信号比较，差分信(DifferentialSignal)在信号完好性方面有许多优势。如下降了轨迹陷落和EMI,有更好的抗噪声才能，对衰R不灵敏。在高速电路规划中的运用越来越广泛，电路中最要害的信号往往都要选用差分结构规划。
承载差分信号的任一一对走线就称为差分走线。差分传输线具有两种共同的传传输方法—奇模方法和耦模方法。奇模方法在两个传输信号间存在以个非零电位，耦模方法一对信号相对GND 有一个非零电位。而实践的差分信号带有直流偏置的差分信号。
2、差分信号回路三维建模
为了对差分信号回路进行准确的剖析，需求凭借三维的电磁场仿真软件。选用了Ansoft的HFSS 进行三维建模和剖析。 HFSS 是依据三维电磁场规划的EDA 规范规划东西。HFSS 依据其独有的形式?节点和超宽带插值扫频专有技能，运用有限元(FEM)快速准确求解整板级PCB 或整个封装结构的一切电磁特性，真实全面考虑(准)静态仿真中无法剖析的有失配、耦合、辐射及介质损耗等引起的电磁场效应，然后得到准确的频域高频特性(如S 参数等)并生满意波Spice模型以支撑高频、高速、高密度PCB 运用中完成准确的Spice宽带电路仿真规划。
为了标明较长回流途径的影响，参见图2,描绘了一根带状线跨过了地参阅平面上的一个沟壑，构建的一个不接连回流途径的简略模型，该模型结构简略，回流途径很简单被了解，一起它也能被扩展运用到更多的常见结构中。界说信号回路的信号在PCB板上的方位以及PCB叠层如图1和结构如图2所示，为带状线，特征阻抗100欧姆，铜箔厚度0.035mm,信号线线宽0. 127mm,信号的空隙为0.2286mm,,线长5cm.介质厚度为0.1524mm,GND的铜箔度。0.035mm,介电常数4.0.
图1 PCB 叠层结构
信号跨切割沟壑，即信号的参阅平面不是完好平面。回流途径中的空隙一般用于阻隔电路板上的某个区域。当电源平面用做参阅层或运用别离电源层时也会呈现开槽的空隙。有时在回流途径中呈现了非故意的开槽空隙，像回流途径中出砂孔过火刻蚀和交叠的状况，形成信号回流参阅平面不完好。如图2 所示：
如图2 跨过地平面沟壑信号的平面几何图形
依据图1 和图2,在HFSS 下进行三维建模如图4,导线处在介电常数为4.0,损耗角正切为0.02 的板材中，板材的上下侧均为铜箔参阅平面，导线的差分特征阻抗为102 欧姆。
图3 完好参阅平面的三维几何图形
3、完好参阅平面回路场效应剖析
导线的两头界说端口分别为Waveport1 和Waveport2, 端口Waveport1 的鼓励界说为Wave port 阻抗为50 欧姆，差分阻抗为100 欧姆; 端口Waveport1 的边界条件界说为Waveport 阻抗为50 欧姆，差分阻抗为100 欧姆。场剖析时，在整板外围规划为50 C 50 C 40空气体，将该空气体的吸收边界条件界说为Radiation.在HFSS 中，设定求解的频率为2.5GHz,最大的ΔS 为0.05,设置为5%能满意精度要求而又不需求花费太多的时刻，在此基础上参加间插频率扫描剖析，即界说全波模型适用的频率规模，从0.01GHz 扫描5GHz,步长0.01GHz,差错2%,进行剖析核算。成果如下图5 为：
依据S 参数的基本知识，假如以Waveport1 作为信号的输入端口， Waveport2 作为信号的输出端口，S11 表明回波损耗，也便是有多少能量被反射回源端，这个值越小越好，一般主张S110.1,即-20dB,S21 表明插入损耗，也便是有多少能量被传输到意图端(Port2)了，这个值越大越好，抱负值是1,即0dB,越大传输的功率越高，一般主张S21>0.7,即-3dB.
图4 S 参数
图5 完好参阅平面-S 参数曲线图
如图4 能够查出：T1 的S11 为0.059688,S21 为0.9086;T2 的S11 为0.016963,S21 为0.90776.
如图5:T1 和T2 的S21-20dB,S11-3dB.从上面的S 参数能够判别该信号为正常。
然后进行铜箔平面的场的界说。
铜箔平面GND1 Polt fields 为Mag_E,成果如图6 所示：
图6 完好参阅平面状况下GND1 的电场分布图
铜箔平面GND1 Polt fields 为Mag_E,成果如图7 所示：
图7 完好参阅平面状况下GND2 的电场分布图
如图6 和7 能够显着看出T1 和T2 的电场能量首要会集靠近差分信号下面的GND1 层。由于GND1 与SIG 间的FR4_1 的板材厚度为0.1651mm;GND2 与SIG 间的FR4_2 的板材厚度为0.7099mm,GND1 与SIG 间隔比GND2 与SIG 间隔小。GND2 层的电场能量相对GND1 的电场能量要少得多，从图7 能够看到赤色区域是电场能量最大的当地。高速信号的回流途径紧贴最近的参阅平面回流。
当回流途径上存在不接连点的时分，电流就要绕过这些不接连的当地，然后增大了回路面积，回路面积的添加就会导致电感的添加，这就会形成信号完好性的问题。回流途径的不接连会形成的最基本的效应便是等效地添加了电路上的串联电感，而感应系数的巨细则由电流实践绕过的间隔来决议。那么关于一个电子信号来说，它需求寻觅一条最低阻抗最小电感的电流回流到地的途径，所以怎么处理信号回流就变得十分要害。而差分信号不同于单端信号，差分信号是由奇模方法和耦模方法组成的。在奇模的状况下能够在两个导体正中间竖直画一条线，这样穿过它的电力线都是和这条线笔直正交的。那么在奇模状况下的两个导体之间存在一个虚拟的地。当奇模信号的回路不抱负时，这个虚拟的地就能够给信号供给必定的参阅，继而能够下降由于非抱负回路而形成的对信号质量的影响。但耦模重量没有虚拟的地参阅回路，在跨过开槽空隙是耦模重量会遭到严峻的影响。那么，参阅平面空隙终究对差分信号完好性影响有多大呢?带着这个问题，开端下面的参阅平面空隙对差分信号回流途径影响的剖析。
