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由KCL可知一个节点若有电流流出肯定会有等量的电流流入 
image001.jpg (3KB, 下载次数: 1) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [1] 2013-12-25 13:46 上传 所以任何讯号都会有回流电流，整体形成一个封闭回路，如下图 : 
image003.jpg (16.66KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [3] 2013-12-25 13:46 上传 因此 『USB线差分对如果完全对称的话，应该电流为0，不需要回流路径。』 这句话不完全对!!就算完全对称，一样需要回流路径 2. 电流流经封闭回路的磁场，会构成磁通量，其磁通量与电流的比值，便构成了电感，而电感又与感抗有关。 
下载附件 [url=]保存到相册[/url] [5] 2013-12-25 13:46 上传 由上式可知，回路面积与感抗成正比，若回路面积越小，则感抗就越小。 而由下图可知， 低频讯号的回流电流，会走最小电阻路径， 而高频讯号的回流电流，会走最小感抗路径。 
image007.jpg (19.35KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [7] 2013-12-25 13:46 上传 前述已知，回路面积越小，则感抗就越小，亦即高频讯号的回流电流，会走可以构成最小回路面积的路径。 因此，如上图，虽然高频讯号的回流路径，比低频讯号的回流路径来得长， 但整体构成的回路面积较小， 而由仿真结果也证实，当讯号为低频时，其回流电流只集中在Load到Source这段路径，但当讯号为高频时，其回流电流会集中在原路径下方。 
image009.jpg (25.25KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [9] 2013-12-25 13:46 上传 所以我们得到一个结论 对高速差分讯号而言 可能以彼此为回流路径，也可能以GND为回流路径 端赖谁能提供较小的回路面积 3. 以Any Layer的十层板为例，其讯号走线与GND的距离为2.8 mil，就算下层挖空，也只有5.6 mil。 
image011.jpg (35.04KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [11] 2013-12-25 13:47 上传 但表层走线若要达到100奥姆，其间距差不多要10 mil， 
image013.jpg (25.11KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [13] 2013-12-25 13:47 上传 因为与GND的距离较近，亦即GND能提供较小的回路面积，这表示以GND为回流路径的机会大得多。 而由下图的仿真结果可知，瞬时时，其回流电流都集中在差分讯号原路径下方的GND。 
image015.jpg (19.89KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [15] 2013-12-25 13:47 上传 因此差分讯号的回流电流，确实是存在于GND，而不是彼此 4. 前面说过 『USB线差分对如果完全对称的话，应该电流为0，不需要回流路径。』 这句话不完全对!! 就算完全对称，一样需要回流路径 但电流为0是对的，如下图 
下载附件 [url=]保存到相册[/url] [17] 2013-12-25 13:47 上传 既然差分讯号的回流路径是一定存在 而且存在于GND 为啥GND Current为零 ? 由于差分讯号在GND的回流电流，亦即下图的i1与i2，大小相等且方向相反，因此会相消， 所以瞬时时，会有回流电流都集中在差分讯号原路径下方的GND， 但稳态时，其GND Current，却几乎为零。 
image019.jpg (19.75KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [19] 2013-12-25 13:47 上传 所以差分讯号的回流电流，确实是存在于GND =>这是指瞬时 差分对如果完全对称的话，应该电流为0 => 这是指稳态 5. 因此 即便完全对称 仍然需要GND 若将GND拿掉 一来是阻抗难以控制 二来是回路面积变大 (因为彼此间距一定大于跟GND的距离) 会使EMI干扰变强 所以GND对于差分讯号，仍有一定的影响，因此必须如同单端讯号一般，GND要维持完整性。 由下图可知，当差分讯号的GND为一完整平面时，其ReturnLoss至少有-20 dB，而Insertion Loss也不大。 
image021.jpg (23.28KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [21] 2013-12-25 13:47 上传 但当差分讯号的GND有一开槽时，其Return Loss几乎都不到-20 dB，而Insertion Loss也明显变大许多，如下图 :
下载附件 [url=]保存到相册[/url] [23] 2013-12-25 13:47 上传 因为差分讯号与GND的距离会影响阻抗， 换言之，当差分讯号经过开槽时，会因为阻抗不连续，产生反射，因而Return Loss变差。 而开槽可等效于电感，由于电感会衰减高频讯号， 故当差分讯号经过开槽时，其能量会衰减，因而Insertion Loss变大。
image025.jpg (13.29KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [25] 2013-12-25 13:47 上传 由下图可知，GND Bounce，会使输出波形失真，以及影响邏辑运作的正确性，进而使系统稳定度变差，
[27] 2013-12-25 13:47 上传 而由下图可知，差分讯号经过开槽时，会产生GND Bounce。
image029.jpg (16.21KB, 下载次数: 0) 下载附件 [url=]保存到相册[/url] [29] 2013-12-25 13:48 上传 所以可知，即便是普通的IO线，只要切断了差分线的回流路径就会有影响。 |
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