关于高速电路的信号回流的2个问题

wuzl · 发表于 2011-8-2 17:48

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伪差分和真差分只是正负引脚的驱动器实现的方法有差别，和回流没有联系。

如果返回路径非常远，那么基本上电流动负极返回，如果返回路径近，则返回路径上也有电流返回。

qiangqssong · 发表于 2011-8-2 17:58

个人认为：真差分信号线回流路径主要还是应该相对于另一根差分信号线进行的，因为从驱动端看这正、负两个信号是从一个信号源的两个极性相反的两端输出来的，我们从外面两根信号线号线或后级负载看进去的话回流路径肯定就由这两根信号线构成；
如果要讲信号回流路径相对于地的话那也只能站在信号源器件端来看这个问题，因为只有信号源极性相反的2输出端的中间点等效于地电平了，如果2输出端的中间点和信号源器件的地相连接，这样才有可能和地扯上关系；如果2输出端的中间点和信号源的地没有连接，则这块是扯不上任何关系的。
以上观点不知对与否？？

wuzl · 发表于 2011-8-2 22:44

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老兄还是没有理解信号回流的意思，请重新看看signal integrity -- simplified.
或者手头有2.5维或者三维仿真器，可以试试看看参考平面上的电流分布。

qiangqssong · 发表于 2011-8-3 10:07

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谢谢wuzl的意见，呵呵！！
“信号完整性分析”第141页是这样描述的“当两条线一样时，如双绞线，信号路径和返回路径没有严格的区分，即可以指定任意一条为信号路径，而另一条为返回路径。如果两条导线不相同，如微带线，则通常把较窄的那条叫做信号路径，而把平面称为返回路径。”
这样与我上面的描述应该是统一的，即：如果是紧耦合的差分信号线，其信号主回流路径肯定是在这两根信号线之间，因为这样回流路径阻抗是最小的；另外，如果信号源端2极性相反的输出端的中间等效地点没有与信号源器件本身的地不连接的话，则从源端看信号与地平面间应该就是松耦合，所以如果从地平面返回路径的阻抗肯定不是最小的；如果信号源端2极性相反的输出端的中间等效地点与信号源器件本身的地连接的话，则这个时候的信号回流路径才应该是看信号线与另一根差分回流信号线和地平面哪个回流路径的耦合程度紧密些了，谁耦合紧密谁的回流阻抗小，这时信号回流路径才可能走这条阻抗最小的回流路了。
不知以上对与否，大家一起讨论！！

wuzl · 发表于 2011-8-3 11:49

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汗，这个定义意思是说信号路径和返回路径的定义并不是固定的。具体关于返回电流请看差分线的那章。

qiangqssong · 发表于 2011-8-3 16:27

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谢谢WUZL的指点，看了你说的那章：
这里面说的与我说的并不矛盾，呵呵！！
首先是只这章里只讲了驱动端2极性相反的输出端的中间等效地点与驱动器件地相连接这种情况，所以此时的信号线和地平面是属于紧耦合，再加上此时走线下一层的回流平面层与差分对间距很小，一般3—6mil间距，所以信号回流路径肯定是地平面回流路径阻抗最小了，这点我承认；
但我说的第二点情况是这本书里没有讲到的，即驱动端2极性相反的输出端的中间等效地点与驱动器件地不连接这种假设，这种情况在低频模电书标准“差分电路”输出端就是这样的，其输出端中间点只是一个等效的交流地点，并没有真正意义上和公共地平面连接，所以如果在这种情况下回流路径一定在两根线之间，否则是不符合基本原理的！！
可能在高速数字电路中这块都是这样定义的，不过没关系的，讨论归讨论，这样讨论挺好的。呵呵！！

wuzl · 发表于 2011-8-3 16:39

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即使你的驱动器的共模电平和地没有关系，或者说是悬浮的，yet，你的返回电流在参考平面上依然存在而且是可以形成完整的回路，不要忽略电容电感效应，即使电阻很大，例如悬浮，并不表示没有电流通过，形成环流

qiangqssong · 发表于 2011-8-3 16:46

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理解你说的这个意思，但是这样形成回流路径就不一定是最小回流路径了，呵呵！！

wuzl · 发表于 2011-8-3 17:02

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我没有说正pin/trace没有返回电流在负pin/trace，而是负pin和参考平面上都有返回电流，谁大谁小看平面到信号线的距离与两个pin/trace之间的距离

qiangqssong · 发表于 2011-8-3 17:22

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WUZL说的对，我前面回复的意思是虽然在这种情况下通过地平面可以形成回流路径，但这个回流路径基本上不是最小的回流路径，因为“差分电路”如果2输出端中间等效地点不接地，则此地平面回流路径只能通过差分电路中间等效地点和其串联的电阻到地平面后形成回路，这样回流阻抗会增大不少的！！这样极有可能没有差分两线间的回流路径的阻抗小。不知道我说明白没有？？

wuzl · 发表于 2011-8-3 23:10

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把集总电路的观点忘了吧。阻抗的大小不是看终端buffer内部的内阻，或者说关心的是瞬时阻抗而不是环路的DC电阻。
按照兄台的逻辑，不用看差分线，比如说一个单端线，因为他的接收器的负载是无穷大，那么是不是意味着这个信号线没有回流了？或者电流极小亚？实际上传输线单方向，瞬时电流的大小是V/Zo，而不是V/Zload.

qiangqssong · 发表于 2011-8-4 09:23

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WUZL，这个问题我们就不用争论了，原理性的东西都大同小异：
1、从驱动器件本身看：这块我也不是讨论驱动源端内部直流阻抗的问题，是因为假设这个器件是用于高速的话，器件在设计和生产的时候肯定会考虑到这块对分布参数的隔离的，因为这个通路本来就不是设计上考虑的主回流通路，即就是即使通过分布的参数形成的回路，其回流阻抗肯定会大些的；
2、从后级走线和负载看，只要驱动源器件本身不存在和地平面紧耦合的情况发生的话，后级走线只要按正常或常规的走线规则来走，也不会发生信号通道和地平面紧耦合的这种情况的；
3、从负载端发生的这种紧耦合的概率会更小；
不信你可以自己仿真一下，虽然没有用过仿真工具，但理论上分析对的东西，在实践中还没有发现过有不一样的，除非是仿真条件的设置与假设的这种情况有出入！！

qiangqssong · 发表于 2011-8-4 10:00

再补充一下第2、3点：只要驱动器件本身不存在和地平面紧耦合的情况，即使后面走线和负载发生与地平面紧耦合的情况，对整个回流路径的阻抗还是影响不大的，因为信号最终还是会通过驱动器件内部回流到驱动器件源端的；前面说的不太完整。

qiangqssong · 发表于 2011-8-4 10:17

还有：因为高速数字信号频谱范围很宽，分布参数形成的回流路径确实存在可能在某个频点下为最小回流路径的情况，这点和WUZL说的完全一致，但这也并不包含所有频谱范围的频率，即使地平面将这个频点的信号完整的回流，但此回流路径仍然不能算作主回流路径的，因为它对信号回流只起到了极小或部分回流的辅助作用；但在上面讨论的驱动器件本身输出不与地连接的这种情况下只要驱动器件本身对这块的隔离度较好，就不会出现主回流路径为地平面的情况，主回流路径就在两根信号线间了！！

wuzl · 发表于 2011-8-4 11:08

本帖最后由 wuzl 于 2011-8-4 11:23 编辑

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你还是这个观点吗？“真差分信号，正net的回流主要在负net上？”“真差分驱动器因为和地平面是高阻的，没有连接，所以返回电流不在参考平面上”

呵呵你怎么解释下图中悬浮层上也有返回电流？这个悬浮层和GND以及信号没有任何DC连接，都是DC高阻的。

－－－－－信号线－－－－－
－－－－－悬浮的平面层－－－－
－－－－－GND层－－－－－－－

另外一个例子是，比如我把由真差分驱动器驱动的差分线的正负net route的彼此非常远，比如1米，请问信号还会跨过1米的距离从负net上回流吗？如果是这样，EMC的同事就挂了。

我再重复一次，信号的瞬态行为（比如回流）由瞬态阻抗决定。在信号在耦合传输线上传递的时候，因为他还已经走出了driver，还没有到达receiver，他的行为由传输线自身的特性决定，在途中，他不会感受到driver和receiver中的内阻。一旦发生瞬时阻抗变化，比如你说的遇到了差分接收器，那么就会发生反射现象。

关于回流，返回电流遇到不连续阻抗，比如高阻的接收器会反射。正net的返回电流会同时出现在负net和参考平面上，至于谁大谁小，那要看距离，如果到参考平面的距离H和线间距S可以比拟，那么绝大部分返回电流在参考平面上，在信号完整性一书中，认为H>2~3S的的时候，认为返回电流主要在负net上，此时参考平面对差分对的影响不大，比如说差分阻抗。但是我个人认为参考平面的存在依然重要，对于EMC.
我知道你疑惑的是，如果回流在参考平面上，那么在进出这种高阻的器件的时候是如何保持电流回路完整的，我已经告诉你了，是通过寄生参数的电容电感。自行体会吧。

参考资料请看 signal integrity simplified chapter 11.6

11.6 The Return-Current Distribution in a Differential Pair

我决定放弃纠正你的看法了。

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