串行總線---差分互連（差分線）之共模、奇模、偶模

ID:106089 · 發表于 2017-4-21 16:57

作者：一博科技

講差分線，信號的模態是一個繞不過去的話題。記得我在剛接觸SI的時候，曾被這些概念弄得傷透了腦筋。差分，共模，奇模，偶模……這些概念經常把人繞的很暈。但是為了理解差分信號的傳輸機制，這些基礎概念又不得不理解清楚，弄清楚了，很多問題就會迎刃而解，下面就讓我們一起來捋一捋這些容易混淆的概念。
首先讓我們來明確一下共模信號的概念。共模信號是相對于差分信號來說的。看下面這張圖。

圖 1

差分信號和共模信號定義對比如下：

圖1和公式已經描述的很清楚了：在差分對中，差分信號被定義為兩根單端信號的差值，共模信號指的是兩根信號線上的平均值，暫且就這么理解吧。
那么，為啥要定義共模？個人理解：為了體現電壓的跳變，人為規定了一個電壓參考標準。將信號分成共模電壓和差分電壓來研究，能夠看清問題的本質。請看如下信號，該信號是直流還是交流？

圖 2

該信號既包含直流的成分也包含交流的成分，可以將信號拆開來看，拆分后，信號成分就很明確

圖 3

對這種分析方法有沒有很熟悉的感覺？其實將信號從時域轉換為頻域使用的就是這種思想。頻域中，我們將數字信號理解為不同頻率成分正弦波的疊加，這里我們又把信號拆分成直流和交流。由此，我們這樣來描述差分對上的單根信號：

如此一來，單端信號就被描述成為共模信號與差分信號的疊加，共模電壓一般是個恒定的值。單端信號也可以理解為以共模電壓為基礎，在共模電壓的基礎上上下擺動。這樣描述對于解釋差分信號的很多特性都有很大的幫助，例如在描述一個通道的時候，我們經常會提到差分轉共模。在理想情況下，共模信號是保持恒定不變的，如果共模信號出現了波動，就會出現EMI輻射問題。具體原理在后期的文章中會專門的講到。
這里我們引入了共模電壓的概念，相信大家對差分信號的認識更深刻了。那么，還經常聽到別人說到奇模，偶模。這又是啥意思呢？模態，說到底還是用來描述差分對上的信號狀態的。

圖 4

如上圖4所示，信號線1和2上的信號可以是同向的，也可以是反向的。信號的流向不同，對應的電磁場不同，如下圖5：

圖 5

兩線上有相同的驅動電壓為偶模；兩線上有相反的驅動電壓為奇模。奇模狀態下，圍繞在單根線周圍的磁場被抵消了一部分，偶模狀態導體周圍的磁感線得到了加強。奇模和偶模狀態，導致信號線周圍的電磁場分布不一樣，因此信號感受到的阻抗就會不一樣，我們知道差分阻抗一般情況下小于2倍的單端阻抗，這也是兩根線相互耦合的結果。

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