差分信號回流路徑的全波電磁場解析

差分信號回流路徑的全波電磁場解析

xxx究所EDA設計部??xxx

摘要：

本文以高速系統的差分信號回流路徑為基本出發點,?著重介紹了差分信號的參考平面的開

槽間隙對回流路徑的影響。

通過

Ansoft-HFSS

對信號回路進行建模與參數分析；

提取全波模

型，在

Hspice

下進行時域分析。利用圖文并茂相結合增強對差分信號回路的認識。指出了

差分信號回路對信號完整性的影響。

關鍵詞：差分信號

回流路徑

HFSS??S

參數

場效應

Hspice??時域分析

1、差分信號簡介

當驅動器在傳輸線上驅動一路信號時，在信號線和返回路徑之間會存在一個信號電壓，

通常稱為單端傳輸線信號。

當兩路驅動器驅動一個差分對時，

除了各自的單端信號外，

這兩

路信號線之間還存在著一個電壓差，

稱為差分信號。

與單端信號相比，

差分信

(Differential

Signal)在信號完整性方面有很多優勢。如降低了軌道塌陷和

EMI，有更好的抗噪聲能力，

對衰減不敏感。

在高速電路設計中的應用越來越廣泛，

電路中最關鍵的信號往往都要采用差

分結構設計。

承載差分信號的任一一對走線就稱為差分走線。

差分傳輸線具有兩種獨特的傳傳輸方式

---奇模方式和耦模方式。奇模方式在兩個傳輸信號間存在以個非零電位，耦模方式一對信

號相對

GND

有一個非零電位。而實際的差分信號帶有直流偏置的差分信號。

2、

差分信號回路三維建模

為了對差分信號回路進行精確的分析，

需要借助三維的電磁場仿真軟件。

選用了

Ansoft

的

HFSS

進行三維建模和分析。?HFSS

是基于三維電磁場設計的

EDA

標準設計工具。HFSS

依

據其獨有的模式

→

節點和超寬帶插值掃頻專有技術，利用有限元(FEM)快速精確求解整板

級

PCB

或整個封裝結構的所有電磁特性，

真正全面考慮

(準)

靜態仿真中無法分析的有失配、

耦合、輻射及介質損耗等引起的電磁場效應，從而得到精確的頻域高頻特性(如

S

參數等)

并生成全波

Sｐｉｃｅ模型以支持高頻、高速、高密度

PCB

應用中實現精確的

Sｐｉｃｅ寬

帶電路仿真設計。

為了表明較長回流路徑的影響，參見圖2，描述了一根帶狀線跨過了地參考平面上的一

個溝壑，

構建的一個不連續回流路徑的簡單模型，

該模型結構簡單，

回流路徑很容易被理解，

同時它也能被擴展應用到更多的常見結構中。

定義信號回路的信號在PCB板上的位置以及PCB

疊層如圖1和結構如圖2所示，為帶狀線，

特征阻抗100歐姆，銅箔厚度0.035mm，信號線線寬

0.

127mm，

信號的間隙為0.2286mm,，

線長5cm。

介質厚度為0.1524mm，

GND的銅箔度.0.035mm，

介電常數4.0。

總結

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