周偉 | 文
記得在剛學習差分線(對)的時候，總是對一些概念把握不准，很多概念都會混淆，比如差分(很多人還會誤解成差模)、共模、奇模與偶模，以及由此延伸出的差分阻抗、共模阻抗、奇模阻抗與偶模阻抗，光是這些概念，就很容易讓初學者望而卻步，剛覺得好像摸著點了門道，但越往下看越覺得摸不著頭腦，概念太多太容易混亂，這就是初學者的痛苦。好吧，要想完全理解，沒有個兩三遍回爐是很難入訊號完整性之門的，除非過目不忘哈。
當然我沒有過目不忘的本事，所以就只能把書老老實實的看了一遍又一遍，然後才有了一些學習的筆記，記錄了對這些概念的個人理解。
差分線本身沒有任何內涵，就是兩根普通的單端傳輸線(一般預設線寬線厚一致)的組合而已，它們之間可以沒有任何關係，最終決定它們特性的其實是這兩條傳輸線上的訊號傳輸方式，在這裡主要介紹兩種比較特殊的傳輸方式，奇模與偶模傳輸，它們都可以實現無失真的傳輸。奇模就是兩線上有大小相等方向相反的驅動電壓，偶模就是兩線上有大小相等方向相同的驅動電壓。它們是訊號傳輸的方式，又叫激勵狀態，相對人而言，模態賦予了差分線的生命和精神，沒有激勵，差分線只是肉體而已。對於無失真的傳輸來講，差分線有奇模狀態和偶模狀態之分，它們可以用如下圖一來表示。
圖一 奇、偶模狀態
在奇模狀態下，載入在兩根傳輸線上的電壓我們叫做差分訊號，這兩個訊號達到接收器時，接收器從兩個訊號的差值中提取資訊，這個差值訊號就是差分訊號。同時，接收端還能感受到另一種訊號，這個訊號就是兩條傳輸線上的平均電壓，我們把這個平均電壓叫做共模訊號。如下圖二所示。
圖二 差分訊號與共模訊號
通過上圖我們就能知道差分訊號和共模訊號其實是兩個單端訊號的組合，可以通過下面兩個公式得到差分電壓和共模電壓的值。
同時差分與共模是共存的，他們是兩個訊號之間的兩種不同分量，所以v1和v2也可以由vdiff和vcomm來表示如下。
同時我們也可以看到，組成差分訊號的兩根單端訊號在傳輸線上傳輸仍要遵循單端訊號傳輸的各種規律，所以我們在看ddrx時鐘訊號質量時，既要看差分訊號質量，同時還要分別看單端訊號的質量情況。一般我們不看共模訊號，通常它不攜帶有用資訊，理想情況下，共模訊號是恆定的，但很多情況下我們的傳輸線不可能完全對稱，所以就會帶來共模分量的改變，這個分量會帶來潛在的emi問題。
同樣，當差分對處於偶模狀態時，此時每條單根訊號線上的阻抗就叫做偶模阻抗，偶模阻抗和奇模阻抗一樣，都是針對單根訊號來說的。那共模阻抗又是怎麼回事呢？這裡要簡單的區分一下，共模阻抗其實是純共模訊號的產物，還記得我們前面說的共模訊號與差分訊號是共存的，它是兩訊號線電壓的平均值，但純共模訊號一般指的是在兩訊號線上施加大小相等方向相同的電壓，此時差分對正好處於偶模狀態。而純共模訊號沿著差分對傳輸時感受到的阻抗，它是兩根單線阻抗(偶模阻抗)的併聯，我們通常叫這個併聯阻抗為共模阻抗，其實嚴格來說它應該叫純共模阻抗，所以共模阻抗是最不好理解的。由於是兩根相同傳輸線偶模阻抗的併聯，共模阻抗就等於偶模阻抗的一半，即zcomm=1/2*zeven。
差分阻抗與奇模阻抗，共模阻抗與偶模阻抗可以通過如下圖三來描述。
對於兩條無耦合的50ohm傳輸線構成的差分對，奇模阻抗等於偶模阻抗，即zodd=zeven=50ohm，差分阻抗等於2倍的奇模阻抗，即zdiff=2*zodd= 100ohm，共模阻抗等於偶模阻抗的一半，即zcomm=1/2*zeven=25ohm。下圖四是某阻抗計算軟體得到的無耦合下的各種阻抗結果。
對於兩條有耦合的差分線，由於互容互感的存在，在其他條件不變的情況下，每條線的奇模阻抗將會減小，偶模阻抗將會增加，此時偶模阻抗將會大於奇模阻抗，這樣會導致差分阻抗將會相對減小，共模阻抗將會相對增加，這也是為什麼我們在佈線的時候要求拉大訊號之間的間距，因為除了串擾外，它還會影響訊號的阻抗。如下圖五所示為軟體計算的有耦合情況下的各阻抗值。
總結一下，奇模和偶模代表的是電壓的傳輸方式，也是差分線特殊的訊號激勵狀態，奇模阻抗是差分線處於奇模狀態時單根線的特性阻抗，而此時差分訊號感受到的阻抗就是差分阻抗；偶模阻抗是差分線處於偶模狀態時單根線的特性阻抗，此時共模訊號感受到的阻抗就是共模阻抗，其實叫純共模阻抗更準確一點。
提問：差分訊號可以走在兩條相隔很遠毫無耦合甚至中間還有其他線路的兩條傳輸線上嗎？如果可以，為什麼我們見到的都是有耦合的差分線？
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