噪聲是一種不必要的干擾，會干擾電子電路中所需的信號，從而將錯誤引入系統(tǒng)。我們采取的抑制噪聲成分的對策取決于它是共模還是差模。在本文中，我們將了解共模噪聲如何干擾差分信號。然后，我們將討論差分互連中的共模噪聲源，重點關(guān)注時序偏差。
　　在討論噪聲之前，我們先回顧一下差分傳輸?shù)墓ぷ髟怼?br>　　差速傳動：概念
　　在差分配置中，一對線路傳輸幅度相等但極性相反的信號，如圖 1 所示。差分對表示的信號電平是兩條信號線的電壓之差。

　　通過差分鏈路傳播的波形。

　　圖 1.通過差分鏈路傳播的波形。圖片由 Steve Arar 提供
　　高速數(shù)據(jù)傳輸接口（僅舉幾個例子，USB、HDMI、以太網(wǎng)和 DDR）通常使用差分信號。與單端傳輸相比，這種數(shù)據(jù)傳輸方法具有多種優(yōu)點，特別是在高頻下。
　　抗噪性
　　差分配置的主要優(yōu)點是對外部噪聲具有更高的抗擾度。如果外部噪聲同等地耦合到兩條線路，則它表現(xiàn)為共模信號，不會改變兩條線路之間的電壓差。因此，共模噪聲在接收器處被固有地消除。
　　然而，現(xiàn)實世界的差分線仍然會受到共模噪聲的影響。造成這種情況的原因有兩個，個是外部噪聲不一定平等地耦合到兩條線路。
　　考慮與差分路徑并行布線的單端 PCB 走線。單端走線向較近的信號線引入較大的噪聲。在這種情況下，由于不等耦合，部分噪聲會轉(zhuǎn)換為差模。此時，不再能夠通過獲取兩條信號線的電壓差來消除噪聲。
　　我們還從基礎(chǔ)電子課程中了解到，我們的電路檢測差分信號同時抑制共模信號的能力有限。該性能維度由電路的共模抑制比 ( CMRR ) 規(guī)格來表征。因此，雖然接收器可以抑制共模分量，但并不能完全消除它。
　　盡管存在這些問題，差分信號仍然是減少共模噪聲對系統(tǒng)性能影響的非常有效的方法。此外，差分傳輸?shù)膬?yōu)點不僅僅限于抗噪性。
　　其他優(yōu)點：輻射和地面彈跳較少
　　差分鏈路使用兩條匹配的線路來承載等幅度但相反極性的信號。事實上，兩條信號線發(fā)射相等但相反的磁場，這些磁場會產(chǎn)生破壞性干擾，產(chǎn)生比單端信號低得多的雜散輻射（圖 2）。

　　差分鏈路中兩條匹配線的磁場會發(fā)生破壞性干擾。

　　圖 2.兩條匹配線的磁場會發(fā)生破壞性干擾。圖片由Altium提供
　　差分配置也不易受到地彈的影響。要理解這一點，請注意兩條信號線充當彼此的返回電流路徑。因此，與單端配置不同，理想的差分鏈路沒有通過電路板接地層的返回電流。圖 3 說明了其中的差異。

　　單端（頂部）和差分（底部）傳輸中的電流。

　　圖 3.使用差分鏈路時，沒有電流流過接地層。圖片由意法半導體提供
　　理想情況下，我們打算沿互連傳輸純差分信號。實際上，該信號會被共模噪聲破壞。在我們研究這種噪聲的來源之前，讓我們先看一下共模信號可能采取的潛在路徑。
　　差分互連中的共模傳播
　　兩根導線連接不能傳輸共模信號。此類互連只能支持差模信號。然而，由于我們的 PCB 還包括接地連接，因此我們的互連實際上是多導體而不是兩導體。
　　接地層與兩條差分信號線一起形成多導體互連，可以傳輸共模和差模信號。圖 4 顯示了此類設(shè)置的共模和差模信號的電場一般模式。

　　接地平面上方兩導體互連中共模和差模信號的電場。

　　圖 4.接地層上方兩導體互連的橫截面。圖片由D. Jackson提供
　　我們可以看到，三導體結(jié)構(gòu)可以同時支持差模和共模信號。對于共模信號，兩條信號線實際上充當單線，返回電流通過接地層流回源。
　　圖 5 顯示了一個更一般的示例。此處，電路板靠近金屬底盤放置。

　　帶金屬框架的電路板中的共模噪聲。

　　圖 5.具有金屬框架的電路板中的共模噪聲。圖片由TDK提供
　　在這種情況下，流經(jīng)信號線的共模噪聲電流通過底盤流回源頭。然后它通過流過信號線和底盤之間的雜散電容來完成環(huán)路。共模噪聲是通過附近信號線之間的雜散電容和磁耦合引入的。由于電容耦合隨著頻率的增加而增加，因此高頻信號更有可能產(chǎn)生共模噪聲。
　　時滯是共模噪聲的一個來源
　　共模噪聲的另一個來源是差分鏈路的兩條線路之間的偏移。時滯是應(yīng)對齊的兩個波形的時序差異。如圖 6 所示，它會導致波形失去對稱性并產(chǎn)生共模分量。

　　兩條信號線之間的時序偏差會產(chǎn)生共模噪聲。

　　圖 6.信號線 D+ 和 D- 之間的偏差會產(chǎn)生共模噪聲。圖片由 Steve Arar 提供
　　兩條跡線之間的長度不匹配和/或D + 和D - 信號的上升和下降時間的差異會導致兩個信號之間的偏差。此外，偏斜可由多種來源產(chǎn)生，包括：
　　熱噪聲。
　　地面彈跳。
　　相聲。
　　PCB 施工。
　　盡管我們可以減少偏差，但我們無法完全消除它。例如，讓我們考慮一下 PCB 基板的纖維編織結(jié)構(gòu)的變化如何產(chǎn)生傾斜。
　　纖維編織效果

　　PCB 層壓板和芯材由浸漬樹脂的玻璃纖維布制成。這種編織結(jié)構(gòu)可能會導致高速板的時序偏差。要了解原因，請考慮圖 7 中的玻璃編織 PCB 材料。

　　高放大倍數(shù)下的玻璃編織 PCB 材料。
　　圖 7.玻璃編織 PCB 材料的高倍放大圖像。圖片由Isola提供
　　圖中的跡線 (1) 和 (2) 具有不同的有效介電常數(shù)，因此具有不同的信號速度。在緩慢的上升時間 (> 1 ns) 和低頻 (< 1 GHz) 下，光纖編織效應(yīng)可能可以忽略不計。然而，光纖編織方式會顯著影響需要相位匹配的快速互連和高頻射頻系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。