2. 差分信号基础

做TDR检测，绕不开差分信号。我记得刚入行那会儿，带我的老师傅跟我说了一句话：“差分信号搞明白了，高速设计你就入门了。”当时我还不以为然，直到在项目中亲眼看到一对差分线因为等长没做好，眼图直接闭合……嗯，从那以后我再也不敢轻视这些基础概念了。

这一章，咱们就把差分信号的三个核心问题聊透：差分对长什么样？信号在线上怎么跑？阻抗到底怎么算？

2.1 差分对结构

差分对，说白了就是两根并排走的传输线。一根传正信号，一根传负信号。接收端看的是两根线的电压差，不是对地电压。

我常跟团队里的新人说：你把差分对想象成两个人并排走路。步调一致、间距固定，才能走得稳。但凡一个人快半步，或者两个人之间的距离忽大忽小，整个节奏就乱了。

一个标准的差分对结构，需要满足三个"等"：

• 等长 – 两根线的物理长度必须一致。我有一次Debug一个10Gbps的项目，测出来的眼图总是有偏斜，后来发现是P型和N型走线差了12mil，高频下相位偏移直接让时序裕量归零。
• 等距 – 线间距S必须均匀。间距变化会引起耦合系数变化，导致阻抗突变。
• 等宽 – 线宽W要保持一致，工艺偏差也会影响单端阻抗。

常见的差分对物理结构有三类：

我个人习惯在Layout阶段就盯着三个参数：线宽W、线间距S、介质高度H。这三个值决定了差分对的耦合强度，也直接决定了阻抗。

2.2 共模与差模信号

信号在差分对上怎么跑？两种模式：差模和共模。

差模信号，就是两根线上的电压大小相等、极性相反。电流从驱动端流出，经过负载，再从另一根线流回来。这是我们要的有用信号。

共模信号，两根线上的电压大小相等、极性相同。电流同向流动，通过地回路返回。共模信号通常是噪声或干扰，不是我们想要的。

我曾经遇到一个案子，产品在做EMI测试时频频超标。排查了很久，最后发现是差分对上的共模噪声过大，通过线缆辐射出去了。解决办法也不复杂——在靠近连接器的地方加了一颗共模扼流圈，问题就解决了。

你想想看，在实际的系统中，差分信号上同时存在差模和共模分量。我们可以用公式把两者拆开：

差模电压：Vd = Vp - Vn
共模电压：Vc = (Vp + Vn) / 2

反过来，单根线对地的电压可以表示为：
Vp = Vc + Vd / 2
Vn = Vc - Vd / 2

为什么我特别强调这个分解？因为TDR测试差分对时，你测到的不只是差模响应，还包含了共模成分。尤其是当两端存在长度失配时，差模信号会部分转换为共模噪声——这就是为什么等长如此重要。

2.3 特征阻抗定义

说到阻抗，很多人第一反应是单端50Ω。但差分对的阻抗定义要复杂一些——因为它有耦合。

为了讲清楚，我们先引入两个中间概念：

• 奇模阻抗 Zodd – 在差模激励下，单根传输线对参考地呈现的阻抗。
• 偶模阻抗 Zeven – 在共模激励下，单根传输线对参考地呈现的阻抗。

然后，差分对的两个关键阻抗就是：

差分阻抗：  Zdiff = 2 × Zodd
共模阻抗：  Zcommon = Zeven / 2

简单解释一下为什么：差模激励时，两根线上的电流方向相反，等效于每根线看到的阻抗串联；共模激励时电流同向，相当于两根线并联。

我记得有一次在做TDR测试时，测出来的差分阻抗曲线一直在95Ω到110Ω之间波动。排查了很久，发现是线间距S在走线过程中变化了——因为绕线避孔时没有保持等距。耦合变了，Zodd就变了，Zdiff自然不稳定。

影响特征阻抗的主要因素有四个：

1. 线宽 W – 线越宽，阻抗越低。这个和单端线一样。
2. 线间距 S – 间距越大，耦合越弱，Zdiff趋近于2倍单端阻抗。
3. 介质高度 H – 高度越大，阻抗越高。
4. 介电常数 εr – εr越大，阻抗越低。

在实际的量