【導讀】同軸電纜是在無線電頻率下長距離傳輸信號的主流選擇。同軸電纜有頻帶限制，因此一般不用于傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)或脈沖信號。不過，它們可用于傳輸特殊模擬應用中的信號，包括向接收器提供數(shù)據(jù)的調制信號。同軸電纜還可以用于傳輸差分模擬信號。
同軸電纜是在無線電頻率下長距離傳輸信號的主流選擇。同軸電纜有頻帶限制，因此一般不用于傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)或脈沖信號。不過，它們可用于傳輸特殊模擬應用中的信號，包括向接收器提供數(shù)據(jù)的調制信號。同軸電纜還可以用于傳輸差分模擬信號。
在模擬應用中使用差分信號并不常見；差分信號可能會用于特殊的測量應用，帶有定制的差分驅動器或差分運算放大器。盡管如此，普通器件組合依然支持差分信號，因此可以將差分模擬信號路由到連接器中，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防止額外的噪聲。
如果計劃在設計中利用同軸電纜傳輸同軸差分信號，那么需要留意一些設計要點。我們可能會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的頻率或功率處理出現(xiàn)問題，因此需要采用不同的方法。
同軸電纜中的差分信號
差分信號布線的優(yōu)勢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的輻射噪聲。該方法既適用于差分數(shù)字信號，也適用于模擬信號。在 PCB 上，噪聲抑制水平是通過調整接地平面的位置和差分對之間的走線間距來控制的。為了達到設定的阻抗目標，如果距離接地平面較遠，就需要保持較小的線對間距。
將差分線對的每一側都布線到同軸電纜（如用于阻抗匹配同軸電纜的 SMA 連接器）時，有一些要點需要牢記。最重要的參數(shù)是頻率和阻抗。下方的示例圖很好地說明了這一點，其中差分對分成兩部分連接到同軸電纜。
布線策略很簡單：將每一半差分對布線到各自的同軸電纜中。這有助于確保差分對兩側的阻抗均符合連接器的規(guī)格。在差分對彼此分離的區(qū)域，阻抗開始增加。這是因為兩根走線之間的互感和互容開始減小。由此會產(chǎn)生反射，需要對其加以抑制，而通過正確設計走線就能輕松抑制反射。
電纜輸入端的反射
阻抗不匹配會在連接器的輸入端產(chǎn)生反射。對于短電纜和低頻應用而言，這種反射的影響微乎其微（見下文）。當電纜變長時，就需要強制執(zhí)行阻抗匹配。
雖然可以設計窄帶濾波電路來匹配阻抗，但有一種更簡單的解決方案，即確保差分對中每條走線的單端阻抗都非常接近特性阻抗。這意味著差分對的布線間距要稍大一些，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：
設計差分對時，使接地平面更靠近頂層
讓差分對的走線間距大一些
這兩種方法都會使走線阻抗更接近特性阻抗，并有助于減少差分對的噪聲發(fā)射/接收。然后，我們需要確保單個走線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，對于差分對中的走線，其實際阻抗是奇模阻抗，它總是略小于特性阻抗，如下圖所示：
如果我們遵循上述設計原則，并使用較大的走線間距，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設計走線。這將確保向連接器和電纜的傳輸達到最大功率。
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，與信號波長相比，連接器本體和（走線 + 信號發(fā)射）結構的電氣結構較小，那么就不必擔心上述問題。在這種情況下，驅動電路只會與負載阻抗產(chǎn)生直接作用。在低頻（如 1 MHz 以下）情況下，只有當電纜長度達到 1 米或更長時，電纜阻抗才會起到主導作用。專業(yè)測量應用通常結構緊湊，電纜鏈路較短，因此除了接收器端，阻抗要求通常會被忽略。
在需要差分模擬信號的高頻應用中，最好針對整個系統(tǒng)的目標阻抗（通常為 50 或 75 歐姆）進行設計。這是因為鏈路的物理長度遠大于傳播信號的波長，即使在較低的頻率下也會發(fā)生反射。讓接地平面靠近差分走線，以便提供屏蔽和一致的阻抗。還可以在仿真和測量中使用差分模式 S 參數(shù)對鏈路進行評估。
文章來源：Cadence楷登PCB及封裝資源中心
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