如何按照差分阻抗规范进行设计

发表于 2024-2-26 17:19

差分阻抗的概念本身是一种数学结构，它不能完全捕捉差分走线中每个信号的行为。差分阻抗是另一个重要值的捷径，奇模阻抗，反之亦然。那么我们需要针对哪些设计以及如何确保信号在接收器处正确解码？

差分阻抗与差分信号的基本特性有关。所有差分信号都由接收器组件解释为差分信号（因此称为“差分”）。考虑差分信号的一种方式是：它是一种传播的电磁干扰，涉及两个不同的信号，理想情况下沿着一对走线一起发送。当我们说“电磁干扰”时，我们指的是两条轨迹周围的电场和磁场分布。毕竟，这就是PCB中导体的全部意义所在：引导和传输布局周围的电磁场。

发表于 2024-2-26 17:19

电磁场所经历的传输线阻抗

这种干扰的传播常数

如果您知道这些值之一，那么您就可以计算出另一个值。设计特定差分阻抗的重点是确保我们注入通道的电磁场被解释为在通道负载端接收到的相同（或几乎相同）的电磁场。

这里应该有趣的是如何使用每个跟踪生成的字段。我的意思是，我们关心两个信号（它们的场）之间的差异，或者它们的总和，这取决于接收器的功能。因此，就 Telegrapher 方程而言，我们想看看这两个信号的差异的传播，这是一个数学要求很高的主题，需要定义迹线之间的互电容和电感。

发表于 2024-2-26 17:21

差分阻抗公式

计算差分阻抗是计算另一个重要量的练习，即奇模阻抗。当两条走线作为差分对布线并用差分信号驱动时，单条走线的阻抗将是奇模阻抗值。

发表于 2024-2-26 17:22

对于差分阻抗，或更具体地说，奇模阻抗，没有很多好的分析模型。如果您查看 Brian C. Wadell 的传输线设计手册，您会发现确定一对微带线的阻抗需要使用 70 个公式（参见第 4.5 节）。这不是印刷错误，它确实需要总计计算一对微带线的奇模或偶模阻抗的 70 个公式。如果您想使用共面排列或不对称轨迹，您将需要更少的公式，但您需要计算椭圆积分，这是我从未做过的事情，并且会采用像 MATLAB 或 Mathematica 这样的应用程序。

您可以直接从麦克斯韦方程中获得互感或互电容，尽管这些结果是许多研究论文的主题，而且结果并不总是那么容易使用。它们往往涉及一组具有多个参数的丑陋公式。这就是为什么您会在网上看到如此多的差分阻抗计算器仅使用 IPC-2141A 公式的原因，这些公式是使用较少公式的近似值。

发表于 2024-2-26 17:22

计算宽度和间距

如果您计算出走线达到特征阻抗目标（即50欧姆）所需的宽度，然后将该宽度插入差分阻抗计算器中，您会发现您不会总是得到有用的间距结果; 间距可能太小（<4 密耳）并且可能超出了非常薄的电介质的制造能力。相反，对于较厚的电介质，间距最终可能会非常大。实际上，在2层标准厚度PCB上，在标准核心上，微带达到50欧姆阻抗所需的走线宽度约为 105欧姆。为了使单个迹线具有等于特征阻抗的奇模阻抗，您的场解算器会告诉您需要将迹线分开大量。如果您使用场解算器，您会发现当间距约为10英寸时，它可能会停止收敛！显然，这也没有用。

一般来说，有许多走线间距和宽度组合可以让您达到差分阻抗规格。您真正设计的是奇模阻抗，而不是差分阻抗，差分阻抗只是定义奇模阻抗的规范。那么，我们不禁要问，在没有公式的情况下，我们如何确定奇模阻抗以及客观上的走线宽度和间距组合？

发表于 2024-2-26 17:22

比较差分微带线的宽度和间距

要了解走线宽度和间距的哪种组合会提供所需的差分阻抗，让我们看一些仿真结果。在下面的示例中，我将运行以下过程

计算差分微带线对中特定走线宽度所需的走线间距，目标是达到 100 欧姆的目标差分阻抗。

发表于 2024-2-26 17:22

扫描多个电介质厚度值（到微带参考平面的距离）。

对于每个电介质厚度值，请注意 50 欧姆特性阻抗所需的走线宽度。

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