差分对回流路径问题

ann_wz

最近跟同事讨论了一个差分对信号走线附近需不需要放置gnd管脚提供回流，或者就近在差分对附近放置一个gnd管脚减小其回流路径。所以讨论的焦点是差分对的回流路径，是否是从接收端附近gnd管脚出，回到发送端附近的gnd管脚


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超級狗

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xiaoyu19890210

ann_wz 发表于 2016-1-4 18:24
你分析比较透彻，高速信号确实是边走边回流，不会等到完全到了接收端再回流； 第二个差分对回流的问题， ...

嗯，你说的对，第二点我确实说的不妥，在PCB上即使两条差分线之间的间距和线宽相等，两条差分线之间的相互耦合度最大也只有差分线和参考平面之间耦合度的20%，所以正如你所说，差分线的大部分回流需要借助参考平面，即大部分回流电流是通过一根差分线到参考平面再到另外一根差分线（等效于一根差分线在参考平面上的回流和另外一根差分线在参考平面上的回流相互抵消），只有一小部分回流是直接从一个差分线到另外一根差分线。

xiaoyu19890210

1. 对于单端高速信号，其从发送端发送到信号接收端，其回路是从接收端的gnd管脚会有电流会通过参考面回到发送端的gnd管脚.

' @$ _4 E" k9 r3 C其实这样的说法是不准确的，单端信号的回流并不是从信号接收端的gnd到发送端的gnd，想象一下，单端信号线和参考平面之间沿着信号线均匀分布着无数个小电容，驱动源要在信号线上驱动高电平，就需要对这无数个小电容充电，对电容充电就会产生电流回路，这个电流回路在参考平面上分布就叫回流，所以假设信号上升沿传输至距离驱动源1mm处，那么就需要对距离驱动源1mm处的电容充电，此时的回流是从距离驱动源1mm处的参考平面回流至驱动源gnd，同理信号上升沿传输至距离驱动源2mm处，那么回流是是从距离驱动源2mm处的参考平面回流至驱动源gnd，所以参考平面上的回流路径是跟随着信号上升沿的，只有当信号上升沿传输至信号接收端，回流才是从接收端gnd回到发送端gnd。
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2. 对于差分信号，其回流路径是否是从接收端的gnd管脚流出再回到发送端的gnd管脚？

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答案是否定的。
单端信号的传输是在单端信号线和gnd之间建立电场，需要对单端信号线和参考平面间的无数寄生电容充电，所以回流起始点是跟随信号上升沿在信号线上的位置的。
而差分信号的传输是要在差分+信号线和差分-信号线之间建立电场，需要对差分+信号线和差分-信号线之间的无数寄生电容充电，所以回流的起始点也是跟随信号上升沿的，但是回流并不是通过gnd，而是差分线对中的另外一个互补信号线，这正是差分线对EMI表现优异的原因所在。
+ P: C, e7 T5 [4 i+ L7 W: p5 w& `, m当然，上面说的是针对差分线对上传输差模信号，如果差分线对上有共模信号的话，那么共模信号的回流是通过gnd的，所以差分线上的共模信号会造成EMI超标，需要加以抑制。

ann_wz

ann_wz

好像不太好贴图，我打个包出来，麻烦大侠们看看，

ann_wz

ann_wz

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ann_wz

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ann_wz

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ann_wz

观点一

ann_wz

好像浏览器上传图片不成功，自己就整了七八楼了，我把我想表达的东西打包了，麻烦大侠们看看，指点一下

菩提老树

ann_wz 发表于 2015-12-15 20:19
" m# w0 h1 M& z好像浏览器上传图片不成功，自己就整了七八楼了，我把我想表达的东西打包了，麻烦大侠们看看，指点一下

. [4 e: K3 c, j, a传输线参考是就近参考的。在换层的地方加GND via是有必要的。参考各总线设计，都是如此。

中臣

楼主，感觉你的同事比你内力深厚， 其实，这个问题 你看 信号完整性分析 一书，最后部分可以找到答案。

fengyu6117

intel 规范有说过这个，一般差分线换层时候需要添加的，如果1层换到3层都参考2层GND也可以不添加，否则需要就近加GND孔，记得是最远50mil以内，GND孔可以提供换层时候的回流参考路径。高速线一般都是趋肤效应对应紧贴参考层的走线路径回流吧

东山郡谢

你这个是LVDS 差分线吧。
①事实上差分的驱动端是一个电流源，如LVDS的TX驱动端是一个3.5mA的镜像电流源，电流经接收终端100R负载电阻产生350mV的电压信号，由终端接收的高输入阻抗接收350mV的LVDS信号。故从这个角度看可以理解为电流是由差分正线出去负线回流。
; e$ P8 Y, O& U$ C6 q②从信号完整性的传输线理论分析，传输线可以理解为无数个LC电路，高速差分信号每条单端参考地平面形成单端特性阻抗，与差分对的耦合阻抗共同形成差分对阻抗，所以为了保证阻抗及阻抗连续性，必须保证参考平面的连续性；所以说差分线旁边的地是用来参考阻抗的说法更确切点。

ann_wz

菩提老树 发表于 2015-12-15 22:17
传输线参考是就近参考的。在换层的地方加GND via是有必要的。参考各总线设计，都是如此。

# n6 i) n8 b/ n$ [- l: M菩提大大，我的意思是对于单端高速信号，其从发送端发送到信号接收端，其回路是从接收端的gnd管脚会有电流会通过参考面回到发送端的gnd管脚，差分信号也是如此否？我迷惑的在有一本高速电路书上面提到了，差分信号正负互为回路，即不会在地信号上面形成回流。我的意思是：不是说差分对不需要参考面，我的意思是其差分接收端gnd管脚会不会有电流回到发送端的gnd管脚？？？
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ann_wz

东山郡谢 发表于 2015-12-16 16:28
你这个是LVDS 差分线吧。
$ u* |3 @7 m% S0 B- M& W3 y4 F# q2 o①事实上差分的驱动端是一个电流源，如LVDS的TX驱动端是一个3.5mA的镜像电流源， ...

7 S6 A9 i5 `  k4 N2 u7 B感谢，