下载文档原格式
单端阻抗和差分阻抗随着数字信号处理技术的发展，高速电路设计越来越受到关注。
在高速电路设计中，阻抗匹配是非常重要的一环。
阻抗匹配可以有效减少信号反射和信号串扰，提高电路的性能。
在阻抗匹配中，单端阻抗和差分阻抗是两个非常重要的概念。
本文将详细介绍单端阻抗和差分阻抗的概念、计算方法和应用。
一、单端阻抗单端阻抗是指单端信号的阻抗。
在单端信号中，信号源和负载之间的电路构成了一个单端电路。
单端电路中信号的传输是通过单根导线进行的。
在单端电路中，阻抗匹配通常是通过调整负载的阻抗来实现的。
当负载的阻抗等于信号源的输出阻抗时，就可以实现阻抗匹配。
在单端电路中，阻抗的计算方法有很多种。
其中最常用的方法是利用电压和电流的比值来计算阻抗。
假设单端电路中的电压为V，电流为I，则单端阻抗可以表示为：Z = V / I对于直流电路，阻抗的计算方法非常简单。
直流电路中，阻抗等于电阻。
假设单端电路中的电阻为R，则单端阻抗可以表示为：Z = R对于交流电路，阻抗的计算方法稍微复杂一些。
交流电路中，阻抗由电阻和电抗两部分组成。
电抗是指电路中的感抗和容抗。
假设单端电路中的电阻为R，电抗为X，则单端阻抗可以表示为：Z = R + jX其中j是虚数单位。
通常情况下，我们使用复数来表示阻抗。
复数的实部表示电阻，虚部表示电抗。
二、差分阻抗差分阻抗是指差分信号的阻抗。
在差分信号中，信号源和负载之间的电路构成了一个差分电路。
差分电路中信号的传输是通过两根导线进行的。
在差分电路中，阻抗匹配通常是通过调整两个信号线的阻抗来实现的。
当两个信号线的阻抗相等时，就可以实现阻抗匹配。
在差分电路中，阻抗的计算方法也有很多种。
其中最常用的方法是利用差分模式和共模模式来计算阻抗。
假设差分电路中的差分模式电压为Vd，差分模式电流为Id，共模模式电压为Vcm，共模模式电流为Icm，则差分阻抗可以表示为：Zd = Vd / IdZcm = Vcm / Icm其中Zd表示差分模式阻抗，Zcm表示共模模式阻抗。
电机信号差分阻抗
电机信号差分阻抗是一种采用双馈拓扑的电机保护装置，由于其
能够有效的检测和保护电机在使用过程中所出现的各种问题。
它的主
要原理是将电动机的回路进行双馈拓扑，通过差分双馈结构来测量电
机绕组间相对于地的反值，从而快速检测出电机的漏电、断线和接地
等异常情况及时进行保护。
差分阻抗的双端是由两个收发器组成，一个收发器在负载机极，
另一个收发器在电机端，以此实现对电机连接系统的检测。
收发器传
输的是电机回路绕组和地之间的差分电流信号，其电流大小可由信号
线上的负载机极电容可调节。
在正常工作状态下，负载机极处的收发
器用来检测电机回路绕组和地之间的反差值，当电机发生漏电、断线、短路、接地等故障时，反差值会显著升高，并通过信号线发送给电机
端的收发器，从而实现对电机的实时保护。
通过使用双馈拓扑的电机信号差分阻抗可以有效地检测和保护电机，特别是可以快速检测出电机的异常情况，例如漏电、断线和接地等，并能够及时切断电源以防止发生电路故障。
此外，电机信号差分
阻抗还可以用来测量电机的工作状态，以便于及时发现电机出现过温、过载等现象，从而防止电机发生严重故障。
差分运放的输入阻抗差分运放是一种常用的电路元件，它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等优点，被广泛应用于信号放大、滤波、比较等电路中。
其中，输入阻抗是差分运放的重要性能指标之一，它决定了差分运放对输入信号的响应能力和信号质量。
输入阻抗是指差分运放对输入信号的电阻性质，即输入信号与差分运放之间的电阻值。
输入阻抗越高，差分运放对输入信号的响应能力越强，输入信号的失真程度越小。
因此，输入阻抗是差分运放的重要性能指标之一。
差分运放的输入阻抗主要由两个部分组成：差模输入阻抗和共模输入阻抗。
差模输入阻抗是指差分运放对差模信号的电阻性质，即差分输入信号与差分运放之间的电阻值。
共模输入阻抗是指差分运放对共模信号的电阻性质，即共模输入信号与差分运放之间的电阻值。
差模输入阻抗是差分运放的主要输入阻抗，它决定了差分运放对差模信号的响应能力和信号质量。
差模输入阻抗越高，差分运放对差模信号的响应能力越强，差模信号的失真程度越小。
差模输入阻抗的大小与差分运放的输入电阻值、输入电容值、输入电感值等因素有关。
共模输入阻抗是差分运放的次要输入阻抗，它决定了差分运放对共模信号的响应能力和信号质量。
共模输入阻抗越高，差分运放对共模信号的响应能力越强，共模信号的失真程度越小。
共模输入阻抗的大小与差分运放的输入电阻值、输入电容值、输入电感值等因素有关。
差分运放的输入阻抗是差分运放的重要性能指标之一，它决定了差分运放对输入信号的响应能力和信号质量。
差分运放的输入阻抗主要由差模输入阻抗和共模输入阻抗组成，它们的大小与差分运放的输入电阻值、输入电容值、输入电感值等因素有关。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和要求选择合适的差分运放，以达到最佳的信号放大、滤波、比较等效果。
差分阻抗-什么是差分？当你认为你已经掌握了PCB 走线的特征阻抗Z0，紧接着一份数据手册告诉你去设计一个特定的差分阻抗。
令事情变得更困难的是，它说：“……因为两根走线之间的耦合可以降低有效阻抗，使用50Ω的设计规则来得到一个大约80Ω的差分阻抗！”这的确让人感到困惑！这篇文章向你展示什么是差分阻抗。
除此之外，还讨论了为什么是这样，并且向你展示如何正确地计算它。
单线：图1(a)演示了一个典型的单根走线。
其特征阻抗是Z0，其上流经的电流为i。
沿线任意一点的电压为V=Z0*i（根据欧姆定律）。
一般情况，线对：图1(b)演示了一对走线。
线1 具有特征阻抗Z11，与上文中Z0 一致，电流i1。
线2具有类似的定义。
当我们将线2 向线1 靠近时，线2 上的电流开始以比例常数k 耦合到线1 上。
类似地，线1 的电流i1 开始以同样的比例常数耦合到线2 上。
每根走线上任意一点的电压，还是根据欧姆定律，为：V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1）V2 = Z22*i2 + Z22*k*i1现在我们定义Z12 = k*Z11 以及Z21 =k*Z22。
这样，式（1）就可以写成：V1 = Z11*i1 + Z12*i2 （2）V2 = Z21*i1 + Z22*i2这是一对熟悉的联立方程组，我们可以经常在教科书中看到。
这个方程组可以一般化到任意数量的走线，并且可以用你们中大部分人都熟悉的矩阵形式来表示。
图1 各种走线的结构特殊情况，差分对：图1(c)演示了一对差分走线。
重写式1：V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1）V2 = Z22*i2 + Z21*k*i1现在注意在仔细设计并且是对称的情况下，Z11 = Z22 = Z0，且i2 = -i1这将导致（经过一些变换）：V1 = Z0*i1*(1-k) （3）V2 = -Z0*i1*(1-k)注意V1 = -V2，当然，这是我们已经知道的，因为这是一个差分对。
差分阻抗和共模阻抗一、差分阻抗的概念和作用差分阻抗是指在差模信号传输中，对于差模信号的阻抗特性。
差模信号是指在一个电路中两个信号之间的差值，常见于数据通信、音频放大器等领域。
在差模信号传输中，如果两个信号的阻抗不同，就会导致一些问题，比如共模噪声、失真等。
因此，要保证两个信号的阻抗相同，就需要考虑差分阻抗。
二、如何计算差分阻抗计算差分阻抗需要考虑电路的布局和元器件的参数。
首先需要确定电路中两个信号之间的距离和宽度，并根据这些参数来计算出电容和电感等元器件的参数。
然后根据这些参数来计算出整个电路的阻抗特性。
三、共模噪声和共模阻抗共模噪声是指在一个电路中两个信号共同受到的干扰。
这种干扰会导致一些问题，比如降低系统性能、增加误码率等。
为了避免共模噪声，需要考虑共模阻抗。
共模阻抗是指在差模信号传输中，对于共模信号的阻抗特性。
共模信号是指在一个电路中两个信号之间的公共部分，常见于数据通信、音频放大器等领域。
在共模信号传输中，如果共模阻抗不足以限制共模电压的幅值，则会导致共模噪声和其他问题。
四、如何计算共模阻抗计算共模阻抗需要考虑电路的布局和元器件的参数。
首先需要确定电路中两个信号之间的距离和宽度，并根据这些参数来计算出电容和电感等元器件的参数。
然后根据这些参数来计算出整个电路的阻抗特性。
五、差分阻抗和共模阻抗之间的关系差分阻抗和共模阻抗之间有一定的关系。
如果差分阻抗不足以限制差分电压，则会导致失真等问题。
而如果共模阻抗不足以限制共模电压，则会导致共模噪声等问题。
因此，在设计差分信号传输系统时，需要兼顾差分阻抗和共模阻抗。
六、总结差分阻抗和共模阻抗是保证差分信号传输系统性能的重要因素。
计算差分阻抗和共模阻抗需要考虑电路的布局和元器件的参数。
在设计差分信号传输系统时，需要兼顾差分阻抗和共模阻抗，以保证系统性能的稳定和可靠。
serdes 差分走线的特征阻抗差分走线是现代高速通信和数据传输中常使用的一种设计技术，它可以有效地减少串扰和噪声，提高信号的可靠性和传输质量。
而差分走线的特征阻抗是一个重要的参数，可以决定差分信号的传输质量和性能。
首先，让我们来了解一下什么是差分走线。
差分走线是指将一个信号分为两个相等但相位相反的信号，分别传输在两个并列的导体上。
这两个导体之间的空间通常被称为差分对。
差分走线中的两个信号互为镜像，它们的电流和电压正好相等，但是方向相反。
这种设计可以最大程度地减少由于外界干扰和电磁辐射引起的串扰和噪声。
差分走线的特征阻抗是指差分走线对于电信号的阻抗要求。
特征阻抗是指差分信号在差分导线上传播时所呈现出的阻抗特性，通常使用Ω（欧姆）作为单位。
特征阻抗的准确性和一致性对于差分信号的传输和接收过程至关重要。
差分走线的特征阻抗与多个因素相关。
首先，差分走线的宽度和厚度会影响其特征阻抗。
宽度越大，特征阻抗越低，而厚度越大，特征阻抗越高。
其次，差分走线与周围环境的电磁场相互作用也会影响其特征阻抗。
差分走线与相邻金属层、衬底以及周围噪声源的距离和位置都会对特征阻抗产生影响。
此外，差分走线的介质常数也会对特征阻抗造成影响。
为了实现正确的特征阻抗，差分走线的设计和制造需要精确控制上述因素。
一种常用的方法是根据差分走线的长度和相邻层的介质常数来选择走线的宽度和厚度，以使得差分走线的特征阻抗能够与系统的要求相匹配。
为了提高差分走线的特征阻抗，可以采用降阻工艺，如添加反射层或通过控制层间距离等手段来减小阻抗。
特征阻抗直接影响差分信号的传输质量和性能。
当差分走线的特征阻抗与整个系统的特征阻抗匹配时，差分信号能够完整地传输到接收端，降低了串扰和噪声的影响，提高了系统的数据传输速率和可靠性。
然而，如果特征阻抗不匹配，就会导致信号的幅度失真和传输损耗，影响系统的性能。
综上所述，差分走线的特征阻抗是差分信号传输质量和性能的重要参数。
特性阻抗假设一根均匀电缆无限延伸，在发射端的在某一频率下的阻抗称为“特性阻抗”。
测量特性阻抗时，可在电缆的另一端用特性阻抗的等值电阻终接，其测量结果会跟输入信号的频率有关。
特性阻抗的测量单位为欧姆。
在高频段频率不断提高时，特性阻抗会渐近于固定值英文名称：impedance[编辑本段]阻抗定义在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示.,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。
阻抗的单位是欧。
在直流电中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。
电阻很小的物质称作良导体，如金属等；电阻极大的物质称作绝缘体，如木头和塑料等。
还有一种介于两者之间的导体叫做半导体，而超导体则是一种电阻值等于零的物质。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。
在音响器材中，扩音机与喇叭的阻抗多设计为8欧姆，因为在这个阻抗值下，机器有最佳的工作状态。
其实喇叭的阻抗是随着频率高低的不同而变动的，喇叭规格中所标示的通常是一个大略的平均值，现在市面上的产品大都是四欧姆、六欧姆或八欧姆。
差模信号、共模信号、共模抑制比、差分阻抗、共模阻抗、单端阻抗
差模又称串模，指的是两根线之间的信号差值；共模噪声又称对地噪声，指的是两根线分别对地的噪声。
对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压。
平常用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub 没什么变化，当然这是理想情况。
RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。
实际应用中，温度的变化、各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号，但如果在传输过程中两根线的对地的噪声衰减不一样大，使得两根线之间存在了电压差，这时共模噪声就转变成了差模噪声。
差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地的，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中的差分电路单端输入情况。
差模是相对共模来说的，差分是一种方式。
假如一个ADC有两个模拟输入端，并且AD 转换结果取决于这两个输入端电压之差，我们说这个ADC是差分输入的，并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。
但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反，甚至很多情况下是同符号的(即不一定是一正一负)，我们把它们的差叫做差模输入，而把它们共有的量（即平均值）叫做共模输入。
差分是一种电路形式的叫法，差模是对信号的定义(相对共模)。
差模信号：大小相等，方向相反的信号；共模信号：大小相等，方向相同的信号。
在差分放大电路中，经常提到共模信号和差模信号，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，可以理解为三极管的温漂引起的电流信号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，Ui就是放大的对象。
在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号（这是有用的信号），放大器能产生很大的放大倍数，这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。
如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号（实际是由于上一级温度变化而产生的信号，是一种有害的信号），这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。
由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小（一般都小于1），计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有时候共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。
共模信号：双端输入时，两个信号相同。
差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。
任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。
假设两路的输入信号分别为： A、B
m、n分别为输入信号A、B的共模信号成分和差模信号成分。
输入信号A、B可分别表示为：A=m+n；B=m-n
则输入信号A、B可以看成一个共模信号 m 和差模信号 n 的合成。
其中m=(A+B)/2；n=(A-B)/2。
差动放大器将两个信号作差，作为输出信号。
则输出的信号为A-B，与原先两个信号中的共模信号和差模信号比较，可以发现：共模信号m=(A+B)/2不见了，而差模信号n=(A-B)/2
得到两倍的放大，这就是差模放大器的工作原理。
共模抑制比：为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Au d与对共模信号的电压放大倍数Au c 之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，用简写CMRR来表示。
差模信号电压放大倍数Au d越大，共模信号电压放大倍数Au c越小，则CMRR越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。
当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Au c=0，则共模抑制比CCMR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
差分阻抗和共模阻抗是针对差分对而言的，常用对绞通信线就是一种差分对。
在差分对上，加载不同模式的信号，信号所感受到的来自差分对的阻抗，即为对应的阻抗。
也就是说，差分阻抗是差分信号沿差分对传输时受到的阻抗；共模阻抗是共模信号沿差分对传输时受到的阻抗。
当在传输线上加载单端信号，信号感受到的单端阻抗即为特性阻抗。
数值上而言，差分阻抗比特性阻抗2倍略小，共模阻抗比特性阻抗一半略大。
以USB为例，差分阻抗是90Ω，共模阻抗是30Ω，单端特性阻抗大概50Ω。
测试共模阻抗主要是用来观察差分线路两导线是否均匀对称及抗EMI辐射的能力。
