差分信号基础：共模电压、摆幅、终端匹配

做高速信号调试，差分对是你天天打交道的玩意。LVPECL、CML 这些协议，说白了都是差分传输。但很多人一上来就盯着眼图、抖动，反而把最基本的三个参数搞混——共模电压、摆幅、终端匹配。我自己的经验是，这三个点只要有一个没算对，后面眼图闭合、误码率飙升，查半天都找不到原因。

这一章咱们就把它们彻底捋清楚。

共模电压：差分对的“直流地基”

共模电压就是两根线上直流电平的平均值。你想想看，差分信号走的是两根线，接收器看的其实是 V_p - V_n 的差值，但每根线对地的电压也得有个范围。

协议	典型共模电压 (VCM)	供电电压
LVPECL (3.3V)	VCC - 1.3V ≈ 2.0V	3.3V
LVPECL (2.5V)	VCC - 1.3V ≈ 1.2V	2.5V
CML (3.3V)	VCC - 0.4V ≈ 2.9V	3.3V
CML (1.8V)	VCC - 0.4V ≈ 1.4V	1.8V

我记得第一次调 LVPECL 电路时，板子上用的是 3.3V 供电，但接收端芯片只支持 1.2V 共模。直接连上去，直流偏置根本不对，接收端一直输出随机电平。后来加上 AC 耦合电容，再把偏置电阻焊上，才算搞定。

摆幅：信号的能量大小

摆幅就是差分电压的峰-峰值。LVPECL 的典型摆幅约 800mV_pp，CML 约 400mV_pp。别小看这个数字——它直接决定了你的信噪比和功耗。

• LVPECL：输出级是射极跟随器，电流源约 14mA，终端电阻 50Ω 对 V_CC-2V，单端摆幅约 400mV，差分就是 800mV。
• CML：输出级是差分对，电流源约 16mA，负载 50Ω 对地，单端摆幅约 400mV，差分也是 800mV？等一下，注意 CML 的 400mV 是差分摆幅，不是单端。很多资料写单端 200mV，差分 400mV。我习惯用差分摆幅来沟通。

为什么 CML 摆幅更小？因为它靠电流切换，没有射极跟随器的电压降，功耗更低，适合高密度 SerDes 接口。但小摆幅对噪声更敏感，布线必须更小心。

终端匹配：信号完整性胜负手

终端匹配的目的只有一个——消灭反射。差分对的匹配分两种：差模匹配和共模匹配。很多新手只接了差模电阻，忘了共模回路，结果信号回流的返回路径出问题。

协议	差模匹配	共模匹配	典型电路
LVPECL	100Ω 跨接在 P/N 之间	每个线对 VCC-2V 接 50Ω	戴维南等效：上拉 130Ω 至 VCC，下拉 82Ω 至地
CML	100Ω 跨接在 P/N 之间	无，或通过 50Ω 至地（单端）	直接 50Ω 对地或 100Ω 跨接（差分）

// LVPECL 3.3V 典型终端（戴维南等效）
// 实际用两个电阻实现：R1=130Ω→VCC, R2=82Ω→GND
// 每根线接一个分压网络
V_CM = VCC * R2 / (R1+R2) = 3.3 * 82 / (130+82) ≈ 1.28V
// 加上 AC 耦合后，接收端自己重建共模

实际调试中，我喜欢直接用 100Ω 跨在差分对上测直流电阻——如果读出来是 100Ω 左右，说明匹配正常。但要注意，有些芯片内部已经做了匹配，外部再加就会拉低信号幅度。

上面这张图把三个要素的关系和典型值串起来了。记住一句话：共模定直流偏置，摆幅定信号能量，匹配定反射抑制。三个点独立又相互影响——比如匹配错了，共模和摆幅都会畸变。

实战小结

• 拿万用表测差分线对地直流电压，算出共模值。如果不在芯片手册范围内（一般 ±10%），查终端电路。
• 用示波器看差分摆幅。LVPECL 应该在 700–900mVpp，CML 在 350–450mVpp。偏低说明线损或匹配不对，偏高说明有反射叠加。
• 确认终端电阻的功率。LVPECL 戴维南网络上的电阻功耗可能达到 0.1W，用 0603 会烫，我建议至少 0805。