CN104967426A

CN104967426A - 差分信号无参考平面时的阻抗装配装置及阻抗控制方法

Info

Publication number: CN104967426A
Application number: CN201510209920.9A
Authority: CN
Inventors: 史学良
Original assignee: Fuzhou Rockchip Electronics Co Ltd
Current assignee: Fuzhou Rockchip Electronics Co Ltd
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-10-07

Abstract

本发明提供一种差分信号无参考平面时的阻抗装配装置和方法，其中阻抗装配装置包括GND线以及用于传输所述差分信号的TXP信号线和TXN信号线，所述GND线的数量为一，且设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。本发明通过将地线移至差分信号之间，与现有两边包地的装置或方法相比，可以有效降低耦合系数，提高差模阻抗接近目标值。

Description

差分信号无参考平面时的阻抗装配装置及阻抗控制方法

技术领域

本发明涉及一种差分信号无参考平面时的阻抗装配装置及阻抗控制方法。

背景技术

随着电气产品动作速度的高速化，诸多半导体装置之间连接的信号的摆幅逐渐减少，以在提高性能的同时控制功耗。但，信号的摆幅越减少，受外部噪声的影响会越大，因传输信道无法取得阻抗匹配(miss matching，失配)而接收端信号的质量也会大大恶化。

差分传输是一种信号传输的技术，是通过TXP信号线和TXN信号线来传输信号，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，TXP信号线和TXN信号线这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

由于差分信号具有抗干扰能力强、能有效抑制电磁干扰(EMI)、时序定位准确等优点，其被广泛应用在高速并行信号的关键信号以及高速串行信号的传输中。

差分信号的传输过程中需要满足差模阻抗的阻抗匹配条件，一般该差模阻抗值在90Ω～100Ω。当满足该值时我们可以认为差分信号的阻抗是匹配的。

在芯片设计过程中，当采用低成本的封装方案时会采用两层板的做法，此时差分信号将不再具备参考平面。为了控制差模阻抗将会采用在两边包地的方法。如图1所示，两边包地，即两GND线设在差分信号的TXP信号线和TXN信号线的外侧，形成TXP信号线和TXN信号线的两边包有GND线的结构。但是该方法的缺陷在于差模阻抗远低于目标值90～100Ω。

以封装面积为170um为例，其中TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽均为20um，TXP信号线和TXN信号线的线间距为50um，其余线间距为20um，封装所用双层板的叠层结构如下表所示：

层名	类型	厚度/um	电导率	相对介电常数	损耗角正切值
						MASK1	介质	18	/	3.9	0.029
top	金属	21	5.8E7	/	/
						CORE	介质	150	/	4.2	0.011
BOT	金属	21	5.8E7	/	/
						MASK2	介质	18	/	3.9	0.029

将此结构输入到仿真软件中仿真获得差模阻抗值，其中，差模阻抗＝42Ω，若封装下一级传输线的差模阻抗为90Ω，依据反射系数公式(公式1)

Γ = \frac{Z_{L} - Z_{S}}{Z_{L} + Z_{S}}

(公式1)；

其中，Γ指反射系数，Z_L表示负载阻抗，Z_S表示源端阻抗，可以计算出，其反射系数为40.8％，可见这种两边包地的作法会产生差分信号之间耦合系数过高的缺陷，从而导致差模阻抗较低，效果不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种差分信号无参考平面时的阻抗装配装置及阻抗控制方法，通过将地线移至差分信号之间，与现有两边包地的装置或方法相比，可以有效降低耦合系数，提高差模阻抗接近目标值。

其中，本发明装置是这样实现的：一种差分信号无参考平面时的阻抗装配装置，包括GND线以及用于传输所述差分信号的TXP信号线和TXN信号线，其特征在于：所述GND线的数量为一，且设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。

进一步的，所述TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽相等，且任相邻两条线的线间距均相等。

进一步的，所述阻抗装配装置的封装面积与两边包地的阻抗装配装置的封装面积相等。

其中，本发明方法是这样实现的：一种差分信号无参考平面时的阻抗控制方法，该差分信号通过TXP信号线和TXN信号线传输，该方法是将一GND线设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。

本发明具有如下优点：本发明通过将地线移至差分信号之间，与现有两边包地的装置或方法相比，可以有效降低耦合系数，提高差模阻抗接近目标值。在无参考平面下有效控制了差分信号的差模阻抗。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为现有技术中两边包地的阻抗装配装置的结构示意图。

图2为本发明差分信号无参考平面时的阻抗装配装置的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的差分信号无参考平面时的阻抗装配装置，包括GND线以及用于传输所述差分信号的TXP信号线和TXN信号线，所述GND线的数量为一，且设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。所述TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽相等，且任相邻两条线的线间距均相等。所述阻抗装配装置的封装面积与两边包地的阻抗装配装置的封装面积相等。

如图2所示，本发明的差分信号无参考平面时的阻抗控制方法，该差分信号通过TXP信号线和TXN信号线传输，该方法是将一GND线设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。所述TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽相等，且任相邻两条线的线间距均相等。所述阻抗装配装置的封装面积与两边包地的阻抗装配装置的封装面积相等。

同样以封装面积为170um为例，其中TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽均为20um，TXP信号线、GND线、TXN信号线的线间距为55um。封装所用双层板的叠层结构如下表所示：

将此结构输入到仿真软件中仿真获得差模阻抗值，其中差模阻抗＝83Ω。若封装下一级传输线的差模阻抗为90Ω，依据反射系数公式(公式1)

Γ = \frac{Z_{L} - Z_{S}}{Z_{L} + Z_{S}}

(公式1)；

其中，Γ指反射系数，Z_L表示负载阻抗，Z_S表示源端阻抗，可以计算出，反射系数为9.2％，与图1中的现有封装装置或方法相比，经本发明优化后反射系数降低77.5％。一般认为信号传输过程中10％以内的反射系数是能够接受的。所以本发明优化后，在无参考平面下有效控制了差分信号的差模阻抗，顺利降低了传输信号的反射系数，差分信号能够满足实际应用要求。

综上所述，本发明通过将地线移至差分信号之间，与现有两边包地的装置或方法相比，可以有效降低耦合系数，提高差模阻抗接近目标值。在无参考平面下有效控制了差分信号的差模阻抗。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种差分信号无参考平面时的阻抗装配装置，包括GND线以及用于传输所述差分信号的TXP信号线和TXN信号线，其特征在于：所述GND线的数量为一，且设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。

2.根据权利要求1所述的差分信号无参考平面时的阻抗装配装置，其特征在于：所述TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽相等，且任相邻两条线的线间距均相等。

3.根据权利要求1或2所述的差分信号无参考平面时的阻抗装配装置，其特征在于：所述阻抗装配装置的封装面积与两边包地的阻抗装配装置的封装面积相等。

4.一种差分信号无参考平面时的阻抗控制方法，该差分信号通过TXP信号线和TXN信号线传输，其特征在于：将一GND线设置于所述TXP信号线和TXN信号线之间。

5.根据权利要求4所述的一种差分信号无参考平面时的阻抗控制方法，其特征在于：所述TXP信号线、TXN信号线以及GND线的线宽相等，且任相邻两条线的线间距均相等。

6.根据权利要求4或5所述的一种差分信号无参考平面时的阻抗控制方法，其特征在于：所述阻抗装配装置的封装面积与两边包地的阻抗装配装置的封装面积相等。