第 4 阶段 · 阻抗结构与原理课 · 重点理解

4-06 Differential Impedance(差分阻抗):两根线为什么不能只分别看单端阻抗

理解差分阻抗属于成对耦合结构,不能机械相加两个孤立单端数值。

学习本课前,你需要知道

如果还不熟悉,可以先回看对应基础课。

上一课已知道阻抗要连同材料和几何一起控制。现在在同一截面加入第二根线:两根线分别按50Ω设计,差分阻抗就一定是100Ω吗?

快速理解 · 第二根线会改变第一根线的环境

Differential Pair(差分对) 不是任意两根相邻走线。本例用两根相同、平行的铜线,一次差分变化中,一根电压升高,另一根相应降低;接收端看的是两者的差。

它们既与共同参考面发生电场联系,也会相互影响。这种场的相互联系叫“耦合”,不能把第二根线当成不存在。

Differential Impedance(差分阻抗) 属于两根线、介质与参考结构共同组成的系统。对本课的对称差分模型,两线电流大小相等、方向相反;判断的是整个成对传播关系。

把两根线各自孤立计算为50Ω,再搬到一起,周围场已经改变。只有耦合足够弱等条件下,差分值才可能近似为两根孤立单端值之和。

观察 Pair Spacing(差分线间距),本图改变的是边缘间距,不是中心距离。P / N(差分对的两根线名) 只标识这两条线;下方是属于 GND(Ground,地) 网络的连续参考面。

只改变两根铜线之间的距离
两根差分走线与共同参考面:改变边缘间距,比较耦合与差分阻抗趋势同一截面 · 两根线一起观察P 此刻升高N 此刻降低两条线的电压向相反方向变化介质连续地参考面蓝色:与参考面的电场联系紫色:两线之间的电场联系

两根线既与参考面联系,也彼此耦合。先向左拖近,再向右拉远;线宽、铜厚、介质和参考面保持不变。

先拖近,再拉远,观察紫色联系的变化。颜色和弧线仅帮助理解耦合强弱,不是场强计算,也不意味着差分对不再需要关注参考面。

为什么?深入理解 · 两根50Ω为什么不能直接相加?

先问“50Ω是在什么条件下得到的”

如果数值来自去掉邻线后的单线模型,它没有包含两条线之间的联系。放到一起、按差分方式驱动后,需要用成对结构重新计算。

为什么间距会影响结果?

在本例对称、同层、其他参数不变的结构中,缩小间距通常增强两线之间的场联系。差分电压变化时,两线间储存和交换电荷的关系也改变,因此差分阻抗通常降低;拉远则通常升高。

不是只剩间距这一个参数

线宽、铜厚、到参考面的距离和介质材料依然参与。即使间距相同,换了层叠也未必保持差分阻抗。这里不计算耦合的具体数值,不把“越紧越好”作为规则。

以后做 Layout 有什么用 · 把两根线作为同一结构核对

Layout(布局布线) 时,向板厂确认差分目标对应的铜层、参考面、线宽和间距,不应只给两根线分别贴单端目标。局部改间距或改层后,需要重新关注成对结构。

器件资料给出差分阻抗时,不把它误读成每根线的目标,也不把间距压到制造极限来追求耦合。具体数值、容差与允许偏差仍由项目要求和验证决定。

两根线各自孤立时为50Ω,靠近组成差分对后,可以直接保证差分阻抗为100Ω吗?
提示

加入第二根线后,第一根线周围的电场环境有没有改变?

本课记住

  • 差分信号关注两线之间的电压差。
  • 两线彼此耦合,也与参考面联系。
  • 其他条件不变,本例间距缩小通常使差分阻抗降低。
  • 差分目标不能普遍用两个孤立单端值相加来保证。

下一课:如果传播途中遇到不同的阻抗条件,会发生什么?

来源与教学边界

【基础补充】本课解释与图示为原创。沿用教材差分结构的基础认识,补充孤立单线与成对结构的比较。图示仅适用于本例对称同层结构,不提供生产参数。

差分结构的全部几何与参考导体需共同考虑;差分走线之间的耦合与阻抗背景。图示不按真实比例,不是可直接生产的电路或封装。

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  • 9-16Stage 9综合练习:为一版高速Layout作出有依据的判断待开放
10DFM待开放

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11项目实战待开放

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