[仿真讨论] 差分对的松紧耦合如何过渡？

1、前言

差分线是高速电路板中十分重要的走线形式，它具有很多优点，高速串行链路的传输线都是差分线的形式。layout设计中最基本的要求是差分对内的P和N要严格等长，对于传输速率很高时还要求做动态相位等长。在PCB板布线比较密的区域，有着正常线宽线距的差分线可能没有足够的空间来布线，这个时候要在保证差分阻抗不变的前提下，减小线宽同时也相应减小线距，使得布线所需要的区域变小。那么正常线宽线据的差分线和缩小尺寸之后的差分线之间如何衔接呢？它们之间有一个过渡区域，这个区域必须要仔细的优化来使得反射(Sdd11)最小，同时也让差模到共模的模态转变(Scd12)最少，本文利用Simbeor电磁场求解器来讨论如何定量的评估过渡区域带来的影响并对这个区域优化设计。

2、分析过程：

①   、首先用Simbeor传输线建模向导生成两种不同线宽线距但差分阻抗都是100Ω的差分线。第1种用在布线区域密集地方的小尺寸差分线，它的线宽5.54mil线距5mil，耦合系数0.16

3 q  K3 L4 c' E/ H
第2种是正常尺寸的差分线，它的线宽是7.66mil，线距20mil，耦合系数是0.025

$ [+ B5 ^  O" j1 ?+ h" f& s  g
②   用Simbeor 3DML电磁场求解器求解这两种差分线。它们的阻抗如下图所示

3 T* o' h2 ]/ c$ M' z! R5 m③   如果我们只是将这两种尺寸的差分线的S参数串联起来结果会怎样?只是将S参数连接起来就不会考虑过渡区域的不连续，这只能作为一种实验参考，实际这种不连续肯定存在。

④   用最简单的直角转弯的形式将这两种尺寸的差分线连接起来，如下图
# ~: I. N2 m$ |8 q

( T1 L+ l5 m4 p+ W5 ^

将这种过渡方式两边各加上1inch的对应尺寸的差分线，然后做频域和TDR分析
- ~) J. S) E! ]( j0 T

⑤   根据上面的结论，使用更小的线宽连接，

也将这种窄线过渡方式两边各加上1inch的对应尺寸的差分线，然后做频域和TDR分析

⑥   前面通过直角拐弯互连过渡区的方式也能将阻抗，回波损耗优化到一个很好的状态。我们可能更加愿意接受平滑过渡的方式，如图

但是这种平滑过渡的曲线应该是什么样子呢？平滑曲线的目的是让阻抗在信号传播的方向始终保持100Ω。这里采取一种近似的方式，在过渡区域中预先放上阻抗是100Ω的差分线小段，然后再用直线连接起来。这种小段个数越多，越逼近理想的曲线，效果就越好。本例子中放了两段。如下图所示

对这种结构做电磁场计算，结果如下

将这种平滑过渡方式两边各加上1inch的对应尺寸的差分线，然后做频域和TDR分析

⑦   有的时候也有差分线到单端线的转换，依然要保证传输通道的连续性。过渡区域做如下设计

. t8 j) n' {. v5 x9 c9 c/ y6 R! z1 M4 ?

将这种结构两边各加上1inch的传输线，然后做频域和TDR分析

3总结

小尺寸差分线到正常尺寸差分线（紧耦合到松耦合）过渡区域可以通过几种方式优化来达到不错的效果，体现在回波损耗很小，TDR阻抗很连续上。选择一种最方便的实现形式，在layout 规则中用来做约束。所有的过渡方式都是对称的，这有利于降低模态转换