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CST仿真原理:讓CST軟件告訴你高速差分信號為什么要進行等長匹配

來源: | 作者:thinks | 發(fā)布時間: 2024-04-01 | 285 次瀏覽 | 分享到:

高速差分信號在傳輸過程中會受到很多因素的影響,如信號衰減、時延不匹配等,這些因素可能會導致信號失真,影響系統(tǒng)性能。為了盡量減小這些影響,需要做等長匹配。

 

CST軟件 

 

高速差分信號的等長匹配對于電磁干擾(EMI)起著至關重要的作用。

 

首先,等長匹配可以減少信號的時延差異,這對于高速差分信號的傳輸非常重要。當信號傳輸線長度差異較大時,傳輸線上的信號到達時間存在差異,可能會導致相位失配,從而引發(fā)相互干擾和串擾現(xiàn)象。這種干擾可以通過等長匹配來抑制,確保差分信號在接收端同時到達。

 

此外,等長匹配還能對抗EMI干擾。EMI是指電磁能量通過電磁波的形式干擾電子設備的現(xiàn)象。當差分信號傳輸線存在不匹配時,由于信號的時延差異,信號之間的電流和電壓差異也會加劇。這可能導致更強的輻射和敏感性,使系統(tǒng)更容易受到外部電磁干擾。通過保持等長匹配,可以減少這種電流和電壓差異,從而降低對EMI的敏感度。

 

因此,等長匹配在高速差分信號傳輸中起到了重要的作用,不僅可以提高信號的傳輸質(zhì)量、減小串擾,還能減少對EMI的敏感性,從而提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能。

 

今天小編通過CST來談一談高速差分信號為什么要進行等長匹配。本文只談EMI,不談信號完整性。信號完整性后續(xù)會講到。

 

仿真實例以DDR3的其中一對DRAM_DQS信號為例,它是差分信號。

 

DDR全名為Double Data Rate SDRAM ,簡稱為DDR。DDR3理論上速度可以支持到1600MT/s。

 

DDR3的工作電壓1.5V,參考電壓0.75V,對于DQS信號的差分對等長匹配的要求是不大于5mil。

 

如圖,DRAM_SDQS_P走線長度558.32mil, DRAM_SDQS_N走線長度是558.66mil

 

如圖激勵一個電壓幅值為1.5V,信號頻率為800MHz的差分信號,先仿真差分等長匹配好的情況,再分別仿真DRAM_SDQS_N增加40mil,80mil,120mil的信號和電場強度。

 

CST軟件 

 

首先,來看一下在原模型基礎上增加40mil的微帶線,和原仿真結果的對比。

 

CST軟件 

 

差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點,其電壓與基準電壓偏差0.09V。

 

CST軟件 

 

整體電場強度變大,最大電場強度增加1倍。然后,在原模型基礎上增加80mil的微帶線,和原仿真結果的對比。

 

CST軟件 

 

差分信號兩個信號的交點電壓與基準電壓偏差0.17V。

 

CST軟件 

 

整體電場強度變大,最大電場強度增加2.8倍,再次,在原模型基礎上增加120mil的微帶線,和原仿真結果的對比。

 

CST軟件 

 

差分信號兩個信號的交點電壓與基準電壓偏差0.26V。

CST軟件 

 

整體電場強度變大,最大電場強度增加4倍最后,增加一個probe,看一下PCB正上方的輻射,如圖

 

CST軟件 

 

其仿真結果如圖:

 

CST軟件 

 

很明顯,差分信號走線長度差越大,輻射場強就越大。

 

總結

在差分信號傳輸中,等長匹配是為了確保信號在傳輸過程中同時到達接收端,從而減少信號的相位失真和串擾。等長匹配可以一定程度上減小共模干擾的影響。當差分信號的傳輸線長度不匹配時,信號在傳輸過程中可能會出現(xiàn)相位失配,導致差分模式和共模模式之間的轉(zhuǎn)換,使得共模噪音更容易進入信號傳輸通道。而通過等長匹配使差分信號同時到達,可以減小差分模式與共模式之間的轉(zhuǎn)換,從而減小共模干擾對信號的影響。

 

因此,通過等長匹配可以降低差分信號傳輸中對共模干擾的敏感度,提高系統(tǒng)的抗干擾能力,從而確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。綜上所述,高速差分信號的等長匹配在減小共模干擾方面發(fā)揮著重要作用。

 

(內(nèi)容、圖片來源:CST仿真專家之路公眾號,侵刪)

 

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