高速差分传输线模型的分析与设计

摘要

在过去低速电路中，微带线和带状线的阻抗不连续不会对信号的传输产生影响。然而，当数据传输速率上升到GHz后，单端信号线会受到各种噪声源的影响。相比之下，差分线具有许多优点。目前高速数字通信就采用低压差分信号(LVDS)线对作为高速数据传输线，用以提高信号的完整性和减小电磁干扰(EMI)。
　　 在实际的PCB设计中，由于元器件的密集度和布局布线的复杂性不断增加，走线不可避免的出现拐角。这使得两条传输线的线长不一致，从而引起了时延差。如果线长的偏差超过了上升空间沿拓的20％，就会使差分信号边沿失真，从而使得部分差分信号转化为共模信号，造成共模噪声，导致信号完整性问题及辐射效应。针对共模噪声的产生，本文首先比较了四种模型，提出了自己的分析模型，并利用S参数分析了它的共模噪声，然后本文介绍了一种补偿电容的方法，并对其进行了分析。最后提出了两种新的补偿方法，实验证明第一种补偿方法由于改变了线间距，因而没能有效地减小共模噪声；第二种补偿方法有效地减小了差分线对的不对称，从而抑制差分信号向共模信号的转化。同时，本文对差分线上的过孔的物理结构及其如何影响信号传输质量做了详细的分析，包括差分过孔的孔径、焊盘以及反焊盘对信号完整性的影响，从而确定了应该选择孔径小、焊盘半径小及反焊盘半径大的差分过孔，为差分走线上差分过孔的设计提供了依据。
　　 本文提出的有关差分拐角的补偿方法以及对差分过孔的研究为差分传输线的设计提供了一定的理论基础。