耦合带来的噪声
一对耦合传输线既可以看作带有串扰的两条单端传输线,其串扰由耦合造成,又可以看作一个带有奇模和偶模特性阻抗的差分对,对应的传输速度也是奇模和偶模传输速度。
在一对耦合传输线中,近端噪声和远端噪声分别可以表示为:
其中,表示近端噪声,表示远端噪声,表示传输线的动态电压,表示近端串扰系数,表示远端串扰系数,Len表示耦合长度,RT表示信号上升时间。
如果看作一个差分对,串扰系数可以表示为:
奇模特性阻抗和偶模特性阻抗的区别可以用近端噪声直接亮度,线距越大,耦合越小,奇模阻抗和偶模阻抗也越接近。如果线距足够大,两条线之间不存在耦合,每条线上的特性阻抗也相互独立。奇模阻抗和偶模阻抗相等,近端串扰系数为0。
时域反射计(TDR)测量阻抗
时域反射计可以测量单端传输线的单端特性阻抗。TDR会给传输线上加一个阶跃电压,并测量反射电压。反射电压的大小将取决于信号在从 TDR 及其互连电缆的 50 欧姆移动到传输线前端时遇到的瞬时阻抗的变化。对于均匀的线路,信号遇到的瞬时阻抗将是线路的特性阻抗。反射电压和下式有关:
其中表示反射系数,表示用TDR测得的反射电压,表示TDR加在传输线上的电压,表示传输线的特性阻抗,50Ω表示TDR和线缆的输出阻抗。
通过测试反射电压,并且已知TDR加在传输线上的电压,可以计算出传输线的特性阻抗:
以上是测量单线的特性阻抗的方法。为了测量差分对中的奇模阻抗和偶模阻抗,必须先将差分对驱动为对应的奇模或偶模,再测量其中一条线上的特性阻抗。
为了把差分线驱动为奇模,需要在差分线中加一个纯差分信号,这样测试每条线中的特性阻抗就是其奇模阻抗。例如可以在其中一条线和返回路径之间加0-200mv的电压,在另一条线和返回路径之间加0--200mv的电压。同理,如果需要测量偶模特性阻抗,可以在两条线和返回路径之间都加上0-200mv的电压。
在差分时域反射计中,两个通道的反射电压都可以测量出来,因此两条线的奇模和偶模阻抗也可以测量出来。下图中,奇模阻抗测试结果为39Ohm,偶模阻抗测试结果为50Ohm。
上面的图片是当差分时域反射计输出差分和共模信号时,测量出的单通道反射电压,下图是转换为偶模(共模驱动)和奇模(差分驱动)阻抗。