差分对的返回电流-信号完整性分析
差分对的返回电流:
单端线的返回电流集中在参考平面，差分对的返回电流是怎样分布的?有一种观点认为，对于差分对这种耦合传输结构，其中一条走线是另一条走线的返回路径。甚至更进一步得出差分对不需要参考平面的结论。是否真的如此?要想了解差分对中的电流分布情况，最好的办法就是使用场求解器。图8-4显示了PCB表层的差分对电流的分布情况，图中画出了信号电流和所有的返回电流。参考平面中有大量的返回电流分布，而且分别集中在每一条线的正下方。因此，差分对中一条走线的返回电流并不是都从另一条走线返回。
考虑其中一条走线上有信号传输时的电流路径，能让我们更清楚地了解电流分布。信号向前传播时，传输线(记为T₁)上电压发生变化，同时产生变化的电流。我们从耦合的角度来分析返回电流可能的路径，如图8-5a所示，走线和参考平面之间存在耦合电容为Cg,和另一条走线之间存在耦合电容为Cm,这两个电容都可以看成是信号的负载电容。当T₁上电压变化时，由于这两个电容的充电作用，电流分两路分别流过C.和Cm,因此会在参考平面和另一条走线上都形成返回电流。由于Cm的值远小于C,因此，可以预计流过参考平面的电流远大于流过另一条走线的电流。
另一方面，走线和参考平面之间会有回路电感Lo,和另一条走线之间存在互感Lm,如图8-5b所示。因此走线上电流变化时，由于感性耦合的作用，在参考平面和另一条走线上都会存在返回电流。同样，典型情况下Lm值远小于L,因此从电感角度来说流过参考平面的电流也会大于流过另一条走线的电流。从耦合的角度分析来看，参考平面上以及另一条走线上都会有返回电流，并且参考平面上的返回电流会远大于另一条走线上的返回电流。
使用场求解器很容易得到当走线T₁上的传输信号，参考平面和另一条走线T₂上的电流分布情况，如图8-6所示。正如我们预计的那样，参考平面和走线T₂上都有电流分布，而且从图中也可以看出参考平面电流密度大于T₂上的电流密度。通过仿真测量两个返回电流的大小，典型情况下参考平面中的返回电流占总电流的90%左右，另一条走线T₂上的返回电流约占10%。图8-7显示了差分在线宽为10 mil,间距为10 mil,介质厚度为6mil的情况下，当传输线T₁上的传输信号摆幅为500mV时，信号线T₁上最大电流为10mA,参考平面上返回电流约为9mA,走线T₂上返回电流约为1 mA。
对于差分对，一条走线的返回电流路径主要还是集中在参考平面，而不是另一条走线。参考平面对于差分对同样非常重要，差分对参考平面的不连续也会影响信号的传输。实际工程中，使用差分方式传输的信号往往都是非常重要的信号，因而差分对更应注意参考平面的连续性问题。