文 | 周偉
新的一年又來了，又是一年開學季，學習不能停，我們去年未完的學習筆記系列文章又要開始和大家見面了。
在上一篇學習筆記之差分線的那些事裡面我們提到過關於差分線的很多概念，比如差分線，差分信號與差分阻抗，共模信號與共模阻抗，以及奇偶模態等，這些概念確實是很容易讓人摸不著頭腦，需要不斷回顧反覆琢磨才能好好的消化。
記得去年的爆款文章「TX RX信號為什麼要分層走」主要是從應用的角度來分析高速差分信號的串擾問題，沒看過的或者忘記內容的童鞋可以再點擊上面的文字連結。
今天我們從基礎原理上也來解釋下為什麼TXRX信號要分層走。
在之前的傳輸線基礎文章中提到過，傳輸線的速度不是由信號本身的頻（速）率決定的，而是由電力線穿過的介質的有效介電常數決定的。在微帶線中，對於電力線而言，由於導體一部分處於體介質材料中，一部分處於空氣中，介電常數是一個複合值，有效介電常數會比實際介質的介電常數小，此時對於差分線來說，如果信號處於奇模狀態下（即差分信號驅動），多數電力線位於空氣中，如果信號處於偶模狀態下（即共模信號驅動），多數電力線處於體材料（介質）中，由於這個原因，奇模信號比偶模信號有一個稍微小一點的有效介電常數，因此差分信號（奇模）比共模信號（偶模）在微帶線中傳播速度更快。
而在帶狀線中，導體周圍的介質材料可以說是均勻的（上下材料之間差異不大），對於電力線來說，有效介電常數始終等於體介電常數，此時差分線的驅動模式對傳播速度基本沒有影響，即差分信號（奇模）與共模信號（偶模）速度是相等的。如下圖一描述了兩種模態分別在微帶線和帶狀線狀態下的電場分布。
所以問題就來了，通常我們的差分對不是純粹以單一的驅動模式存在，而是兩種模式同時共存，也就是說差分線中差分信號和共模信號是共存的。前面傳輸線基礎裡面也講到了，差分信號和共模信號是構成差分對的兩個分量，所以在微帶線中儘管它們同時出發，但經過一段傳輸線後，速度較快的信號分量（差分信號）將會先到達遠端，此時在信號分量上面就有了時間差，這個時間差就會導致在最終接收的時候信號上出現遠端噪聲。這也是為什麼說高速差分信號儘量走帶狀線而不走微帶線的原因，因為微帶線的遠端噪聲會更大。而帶狀線由於相對介電常數較穩定，差分分量和共模分量速度基本一致，所以在接收端帶來的分量時間差很小，從而遠端噪聲也很小，基本可以忽略。
於是TXRX分層走也就可以解釋了，分層走是為了避開遠端串擾噪聲的影響。通常我們的高速差分走線都走成帶狀線，而帶狀線前面解釋過了，相對介電常數比較穩定，所以有很小或者基本沒有遠端串擾噪聲，此時同向的信號如TX在同一層接收端是不會互相干擾的，而接收端也正好是我們需要的信號。如果TXRX走在同一層且靠近一起，那麼對於TX的接收來講，旁邊正好是RX的發送端，此時RX的發送端是有近端串擾噪聲的，這個噪聲就會影響到TX的接收，這種情況是我們需要儘量去避免的。
— end —
本期提問
微帶線中差分信號傳播速度快，那麼對於4層板的DDR4信號來說，同組信號如時鐘和地址、DQS和DQ來說，是否需要考慮這種等長不等時的影響？