差分共模轉換 (Differential to common-mode conversion loss ）

SCD21的定義

我們使用字母D和C分別代表差分信號（D）和共摸信號(C)，Sdd用來差分模式的輸入（Stimulus）和反饋（Response）之間的關系，即差分信號輸入差分信號輸出，Scc表示共模模式的輸入和反饋之間的關系，用來表示共摸信號輸入共模信號的輸出。Scd表示差分訊號和共模輸出的反饋之間的關系，用來表示差分信號輸入，共模信號輸出。Sdc表示共模訊號和差分輸出之間的響應關系，用來表示共模信號輸入，差分信號輸出。Scc項給出互連影響共模信號的信息。反射共模信號Scc11給出了互連共摸阻抗曲線的信息，傳輸共模信號Scc21描述了共模信號如何傳過互連，雖然，Scc項在完整描述差分對的特性時很重要，然后在大多數應用中，共模信號的特性在互連中不太重要。

如何理解參數的意義

Differential to common-mode conversion loss， 最后面有個字母Loss,其代表的是訊號轉換的損失； 差模信號通過一對信號線來傳輸。一個信號線上傳輸我們通常所理解的信號；另一個信號線上則傳輸一個等值而方向相反(至少在理論上是這樣)的信號。差分和單端模式最初出現時差異不大，因為所有的信號都存在回路。單端模式的信號通常經由一個零電壓的電路(或者稱為地)來返回。差分信號中的每一個信號都要通過地電路來返回。由于每一個信號對實際上是等值而反向的，所以返回電路就簡單地互相抵消了，因此在零電壓或者是地電路上就不會出現差分信號返回的成分， 共模方式是指信號出現在一個信號線對的兩個信號線上，或者是同時出現在單端信號線和地上。對這個概念的理解并不直觀，因為很難想象如何產生這樣的信號。這主要是因為通常我們并不生成共模信號的緣故。共模信號絕大多數都是根據假想情況在電路中產生或者由鄰近的或外界的信號源耦合進來的噪聲信號。共模信號幾乎總是“有害的”，許多設計規則就是專為預防共模信號出現而設計的。

差分共模轉換代表差分訊號傳送到目的端時產生出的共模訊號與原始輸入的差分訊號的比值，其公式為：

DTCC = 10* log ( Pout_comm / Pin_diff )

而衰減代表差分訊號傳送到目的端時，所剩余的差分訊號與原始輸入的差分訊號的比值，其公式為：

Attenuation = 10* log ( Pout_diff / Pin_diff )

理想的狀況下，衰減應是 0 dB (100% 功率傳輸)，而差分共模轉換應是 -∞ dB ( 0% 功率轉換)，但實際上在線材中傳輸時，由于訊號相位或振幅不能維持理想的差分狀態，從而使得最終輸出的訊號產生了共模的成分，而這些共模的成份則不具有原始差分訊號所具有的抑制輻射的優點。

傳輸線中不僅存在傳播信息的差模信號，還有不傳播信息的共模信號，理想情況是不存在相互轉化的，但是理想很豐滿，現實很骨感。

差模信號與共模信號的轉化是由于差分傳輸線不對稱造成的，造成不對稱的原因很多，差分傳輸線的長度差像拐角、差分傳輸線由于刻蝕差異造成傳輸線特性阻抗不同、兩個傳輸線的差異性耦合、臨近效應、終端差異，彎曲等等都可能是造成差模信號與共模信號的轉化。

這種轉化我們可以理解為兩條傳輸線的延遲是不同的，當信號在傳輸線上傳播由于到達終端的延遲是不同的，一個早一些到達，這樣就會產生相位差，將部分差模信號轉化成共模信號。轉化的為共模信號的多少由信號頻率、傳輸線的長度、兩條傳輸線上的信號時延差所決定的。

如何測試SCD21

Differential to Common mode conversion (簡稱 SCDz Measurement);規范選擇使用 4port NA 量測 ，由 Inport 接 NA PORT 1/2,Outport 接 NA PORT 3/4,由 Inport 提供 Differential 訊號 ，由 Outport 提供 Common 訊號；測試對線間兩根訊號線的對稱性，平衡性，電磁場耦合好壞的差異，于對內延遲差有極大的關聯性，對線間的材料是主要影響的關鍵原因，但是加工的剝線長度，也會影響，測試值越小dB越負也代表轉換訊號越好.

Scd項描述的是如何以差分信號進入差分對而以共摸信號輸出。它可以從一個端口進入，再從這個端口輸出或者從另一個端口輸出。只有差分對中兩條線不對稱時，才會把一些差分信號轉化為共摸信號，反之亦然。在一個完全對稱的差分對中，不會有任何模態轉化。只要對一條線做了什么，另一條線也做相同的動作，那么無論有多大的不連續都不會產生模態轉化，Scd項的值將為零，相比于Scd21項，有多少個信號出現在Scd11項，取決于共摸信號遇到的共摸阻抗突變把多少共摸信號反射回源端。將差分信號轉化為共摸信號的不對稱因素，同樣也能把共摸信號轉化為差分信號。模態轉化使差分對在高速串行鏈路中的應用出現了3個可能的問題。

（1）如果對差分信號存在很多模態轉化，則差分信號的幅度會衰減，這種衰減可能會增加誤碼率。

（2）生成的共摸信號可能在差分對的未端接末端發生反射，每次經過不對稱之處時，其中一些共摸信號就可能會轉化回差分信號，但它又和數據流不同步，從而引起初始差分信號的失真，這將使眼圖塌陷，增加誤碼率。

（3）如果共摸信號到達非屏蔽雙絞線，那么由于模態轉化生成的共摸信號會出現第三個問題，非屏蔽雙絞線上的完全差分信號即不會輻射電磁干擾。

如何改善SCD21

傳輸線中不僅存在傳播信息的差模信號，還有不傳播信息的共模信號，理想情況是不存在相互轉化的，但是理想很豐滿，現實很骨感。差模信號與共模信號的轉化是由于差分傳輸線不對稱造成的，造成不對稱的原因很多，差分傳輸線由于制造過程的結構穩定性差異造成傳輸線特性阻抗不同、兩個傳輸線的差異性耦合、臨近效應、終端差異，彎曲等等都可能是造成差模信號與共模信號的轉化。這種轉化我們可以理解為兩條傳輸線的延遲是不同的，當信號在傳輸線上傳播由于到達終端的延遲是不同的，一個早一些到達，這樣就會產生相位差，將部分差模信號轉化成共模信號。轉化的為共模信號的多少由信號頻率、傳輸線的長度、兩條傳輸線上的信號時延差所決定的。前面我們說明差分共模轉換的意義及量測，相信應該有一定的了解了，接下來我們來看看一些典型的問題，并從中說明差分共模轉換在線材測試的特性以便于分析實際測試上會遇到的一些現象。

1、差分共模轉換越好(越小)，就說明線材對外界的輻射越小，故 EMI 會越小？

首先即使線材的差分共模轉換即使Pass，也不能代表測試 EMI 可以完全的PASS，因為 EMI 測試是測試線材整體對外部的電磁干擾，而 EMI 的成因是輻射，線材結構中對 EMI 防制的方法，則是屏蔽。差分共模轉換好只是減少了部分輻射的來源，故而其值良好不代表 EMI 就能 PASS，特別要說明的是，雖然理想的差分傳輸可以抵消電磁輻射，但實際上因結構關系，并無法達到理想的狀況，所以差分傳輸本身還是有一定的輻射，只不過比單端的傳輸要來得好很多。

2、增加編織可以降低 EMI，故對差分共模轉換越有利？

線材 EMI 的降低或減少，很大的部分是要靠線材總體的屏蔽來達到，也就是集合后的鋁鉑和編織是影響 EMI 最大的部分，另外在接頭本身及加工區域的屏蔽包覆也是至關重要的，但差分共模轉換的特性和總屏蔽及編織本身是沒有關系的。

3、線材的對內延遲差(Intra Pair Skew)越小，就說明差分共模轉換會越好？

由于 Intra Pair Skew 是一對應于躍階訊號的時域參數，而差分共模轉換則是對應于不同頻率正弦波訊號的頻域參數，所以兩者存在相對但非絕對的關系，其中躍階訊號可以視為許多不同頻率正弦波的組合效果，而差分共模轉換是相位與振幅的一致性表現，所以當差分共模轉換良好時，對內延遲差會好，反之則不一定，所以可以說對內延遲差良好是差分共模轉換要好的必要條件而非充分條件.

4、組裝線差分共模轉換不好是裸線本身不好造成的？

裸線決定了大部分性能的好壞，經過多次量測和分析，差分共模轉換的特性不良80%是芯線問題所引起的，芯線穩定性材質重點；而加工或接頭有一定的影響。組裝線要能通過測試，裸線的差分共模轉換特性要好，是一必要的條件，然而由于 線材加工過程中；焊接的方式，鋁箔剝皮的影響；破壞裸線設計的結構，使得當訊號脫離原始的線材結構時，正負訊號無法維持對稱性，從而失去平衡而產生共模訊號。

5、組裝線差分共模轉換不好是加工不好造成的？

答案是裸線決定了大部分，而加工或接頭有相當的影響。組裝線要能通過測試，裸線的差分共模轉換特性要好，是一必要的條件，然而由于 USB 3.0 的接頭結構中，將超高速對的地線接點放在兩對之間，形成在接頭處為 SSGSS 的結構，使得當訊號脫離原始的線材結構時，正負訊號無法維持對稱性，從而失去平衡而產生共模訊號。

6、線材長度對差分共模轉換的特性是否相關？

答案很簡單，這是肯定的。當線越長時損耗會增加，所以此時的Pout_diff及Pout_comm都會變小，而DTCC = 10* log ( Pout_comm / Pin_diff ) 其中Pin_diff的輸入訊號是不隨線長改變的，故從定義的公式中已可推知線越長，差分共模轉換值越好。

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