【導(dǎo)讀】同軸電纜是在無(wú)線(xiàn)電頻率下長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)的主流選擇。同軸電纜有頻帶限制，因此一般不用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或脈沖信號(hào)。不過(guò)，它們可用于傳輸特殊模擬應(yīng)用中的信號(hào)，包括向接收器提供數(shù)據(jù)的調(diào)制信號(hào)。同軸電纜還可以用于傳輸差分模擬信號(hào)。
同軸電纜是在無(wú)線(xiàn)電頻率下長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)的主流選擇。同軸電纜有頻帶限制，因此一般不用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或脈沖信號(hào)。不過(guò)，它們可用于傳輸特殊模擬應(yīng)用中的信號(hào)，包括向接收器提供數(shù)據(jù)的調(diào)制信號(hào)。同軸電纜還可以用于傳輸差分模擬信號(hào)。
在模擬應(yīng)用中使用差分信號(hào)并不常見(jiàn)；差分信號(hào)可能會(huì)用于特殊的測(cè)量應(yīng)用，帶有定制的差分驅(qū)動(dòng)器或差分運(yùn)算放大器。盡管如此，普通器件組合依然支持差分信號(hào)，因此可以將差分模擬信號(hào)路由到連接器中，包括連接到同軸電纜的 SMA 連接器。例如，在高噪聲的環(huán)境中使用，目的是利用電纜屏蔽來(lái)防止額外的噪聲。
如果計(jì)劃在設(shè)計(jì)中利用同軸電纜傳輸同軸差分信號(hào)，那么需要留意一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)。我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的頻率或功率處理出現(xiàn)問(wèn)題，因此需要采用不同的方法。
同軸電纜中的差分信號(hào)
差分信號(hào)布線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)之一是抑制共模噪聲，以及抑制差分信道中極性相反的信號(hào)的輻射噪聲。該方法既適用于差分?jǐn)?shù)字信號(hào)，也適用于模擬信號(hào)。在 PCB 上，噪聲抑制水平是通過(guò)調(diào)整接地平面的位置和差分對(duì)之間的走線(xiàn)間距來(lái)控制的。為了達(dá)到設(shè)定的阻抗目標(biāo)，如果距離接地平面較遠(yuǎn)，就需要保持較小的線(xiàn)對(duì)間距。
將差分線(xiàn)對(duì)的每一側(cè)都布線(xiàn)到同軸電纜（如用于阻抗匹配同軸電纜的 SMA 連接器）時(shí)，有一些要點(diǎn)需要牢記。最重要的參數(shù)是頻率和阻抗。下方的示例圖很好地說(shuō)明了這一點(diǎn)，其中差分對(duì)分成兩部分連接到同軸電纜。
布線(xiàn)策略很簡(jiǎn)單：將每一半差分對(duì)布線(xiàn)到各自的同軸電纜中。這有助于確保差分對(duì)兩側(cè)的阻抗均符合連接器的規(guī)格。在差分對(duì)彼此分離的區(qū)域，阻抗開(kāi)始增加。這是因?yàn)閮筛呔€(xiàn)之間的互感和互容開(kāi)始減小。由此會(huì)產(chǎn)生反射，需要對(duì)其加以抑制，而通過(guò)正確設(shè)計(jì)走線(xiàn)就能輕松抑制反射。
電纜輸入端的反射
阻抗不匹配會(huì)在連接器的輸入端產(chǎn)生反射。對(duì)于短電纜和低頻應(yīng)用而言，這種反射的影響微乎其微（見(jiàn)下文）。當(dāng)電纜變長(zhǎng)時(shí)，就需要強(qiáng)制執(zhí)行阻抗匹配。
雖然可以設(shè)計(jì)窄帶濾波電路來(lái)匹配阻抗，但有一種更簡(jiǎn)單的解決方案，即確保差分對(duì)中每條走線(xiàn)的單端阻抗都非常接近特性阻抗。這意味著差分對(duì)的布線(xiàn)間距要稍大一些，并且接地平面要更靠近堆疊。
為確保終端匹配，可以采用兩種策略：
設(shè)計(jì)差分對(duì)時(shí)，使接地平面更靠近頂層
讓差分對(duì)的走線(xiàn)間距大一些
這兩種方法都會(huì)使走線(xiàn)阻抗更接近特性阻抗，并有助于減少差分對(duì)的噪聲發(fā)射/接收。然后，我們需要確保單個(gè)走線(xiàn)阻抗與工作頻率下的連接器/電纜阻抗相匹配。
該使用哪種阻抗？
需要注意，對(duì)于差分對(duì)中的走線(xiàn)，其實(shí)際阻抗是奇模阻抗，它總是略小于特性阻抗，如下圖所示：
如果我們遵循上述設(shè)計(jì)原則，并使用較大的走線(xiàn)間距，奇模阻抗將與特性阻抗更為接近。在這種情況下，我們可以根據(jù)與連接器和電纜阻抗相匹配的特定特性阻抗來(lái)設(shè)計(jì)走線(xiàn)。這將確保向連接器和電纜的傳輸達(dá)到最大功率。
低頻與高頻
如果我們的差分模擬鏈路的工作頻率較低，也就是說(shuō)，與信號(hào)波長(zhǎng)相比，連接器本體和（走線(xiàn) + 信號(hào)發(fā)射）結(jié)構(gòu)的電氣結(jié)構(gòu)較小，那么就不必?fù)?dān)心上述問(wèn)題。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)電路只會(huì)與負(fù)載阻抗產(chǎn)生直接作用。在低頻（如 1 MHz 以下）情況下，只有當(dāng)電纜長(zhǎng)度達(dá)到 1 米或更長(zhǎng)時(shí)，電纜阻抗才會(huì)起到主導(dǎo)作用。專(zhuān)業(yè)測(cè)量應(yīng)用通常結(jié)構(gòu)緊湊，電纜鏈路較短，因此除了接收器端，阻抗要求通常會(huì)被忽略。
在需要差分模擬信號(hào)的高頻應(yīng)用中，最好針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)阻抗（通常為 50 或 75 歐姆）進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是因?yàn)殒溌返奈锢黹L(zhǎng)度遠(yuǎn)大于傳播信號(hào)的波長(zhǎng)，即使在較低的頻率下也會(huì)發(fā)生反射。讓接地平面靠近差分走線(xiàn)，以便提供屏蔽和一致的阻抗。還可以在仿真和測(cè)量中使用差分模式 S 參數(shù)對(duì)鏈路進(jìn)行評(píng)估。
文章來(lái)源：Cadence楷登PCB及封裝資源中心
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