我們經常在探討差動對時經常聽到差模(Differential mode)與共模(Common mode)，究竟什麼是差模？什麼是共模？這一切就要從奇模(Odd mode)與偶模(Even mode)談起。
Differential and Common Voltage
在進入奇模與偶模之前，得先知道如何表示差動傳輸對這兩條線的電壓：
差動傳輸原理是TX同時驅動兩條線進行訊號傳遞，並在RX接收端將訊號進行運算處理，得到設計者需要的差動訊號。
理想上，這兩條訊號線具備兩項要素：
1.訊號電壓幅度相同
2.訊號相位相反，也就是一正一負
兩條線互相為回流訊號，互相參考。
那要如何定義這兩條線上的電壓？
假設一條線的電壓為Vp，另一條為Vn，我們定義：
因此可以得到：
在這邊我們稱Vdiff為差動電壓，也就是電路所需要的電壓。
Vcomm為共模電壓，是兩訊號的平均值，代表兩訊號的位準。
所有差動對上的波形，或者廣義上來說：任兩條訊號線的波形，皆可以用Vdiff與Vcomm表示！
Even-mode and Odd mode
兩條線同時工作時，會依據傳輸線上不同的電壓變化形式而產生兩種不同的模態。
1.兩條線同時傳送相位相同的電壓(Even-mode)
當線路在外層時，因為能量互斥，電場會集中在介電材料，磁場會圍繞著兩條線，線與線之間的耦合較小，對外界的干擾量會比較高。
當線路在內層時，電場會平均分佈在介電材料中，磁場會圍繞著兩條線，線與線之間的耦合較小，但因線路處在內層，對外界的干擾量趨近於0。
2.兩條線同時傳送相位相反的電壓(Odd-mode)
當線路在外層時，因為能量相互吸引，電場會集中在線與線之間，磁場各自圍繞在單一條線上，線與線之間的耦合較大，不易對外界產生干擾。
當線路在內層時，電場會平均分佈在介電材料中，但線與線的耦合依舊比較大，磁場各自圍繞在單一條線上，線與線之間的耦合較小，但因線路處在內層，對外界的干擾量趨近於0。
3.一條線沒電壓，另一條線傳送電壓
與單一條訊號線工作類似，只是會有電場耦合到沒訊號的訊號線。因為另一條線沒有電流的緣故，並不會產生互感。
根據電磁場型，我們可以得到一個結論：
當非奇偶模態時(Isolated mode)，傳輸線等效的電容是對地電容與耦合電容的總和，等效電感是單一條線的電感。
奇模態時，因為等效電壓兩倍的關係，所以耦合電容將變為兩倍，等效電感則因磁通量互斥所以會少一個互感量。
偶模態時，兩條線電壓等量等向，不會產生電場耦合，因此沒有耦合電容，而磁通量方向相同，電感須加上互感值。
Even-mode and Odd-mode Impedance
當差動對在傳輸差動訊號時，我們稱差動訊號所感受到的阻抗為”差動阻抗”或”差模阻抗”(Differential impedance)。差動對是感受到一正一負的差模電壓，也就是說兩條線彼此都可以當作自己的參考迴路，訊號線A輸出一個電流Idiff，將會在訊號線B得到一個反方向的Idiff。
假設此時的單一條傳輸線的阻抗為：
因為是差動訊號在傳遞，我們可以將Vp改寫成
因此可得差模阻抗為
我們可以得到一個結論：理想的差動阻抗是單端傳輸線在奇模狀態下阻抗的兩倍。
而共模阻抗呢?
共模阻抗為差動對在傳輸共模訊號時所感受到的阻抗。
共模訊號為兩條線同時傳送相同方向的訊號，會在兩條線中間產生開路，並不會像差動訊號有互相參考的作用，因此每一條線將被當作自己一個迴路看待，且電流因為兩條線看似並聯，所以會減半。
因此我們可以得到理想的共模阻抗為單端傳輸線在偶模狀態下阻抗的一半。
在這邊筆者必須強調：差模/共模阻抗與奇模/偶模阻抗不一樣！
奇模阻抗Zodd是當差動對處於差模狀態下”單一條線”的阻抗。
偶模阻抗Zeven代表著當差動對處於共模狀態下”單一條線”的阻抗。
千千萬萬不要把差模/共模阻抗與奇模/偶模阻抗畫上等號。這兩者有很大的不同！
差動/共模阻抗不只受線寬影響，兩線間距的關聯性也很大。
下圖是筆者做的實驗結果：
可以發現兩條線離得夠遠(線距>5倍線寬)，因為不會有電磁場的相互影響，Zodd與Zeven將會是傳輸線的特性阻抗Z0。
但是當兩條線越來越近時，可以看到無論是微帶線(Microstrip)還帶狀線(Stripline)，奇模阻抗會越來越小，偶模阻抗會越來越大，原因出在前面提到的電磁場形：
1.Odd-mode時，互容效應增大且電流方向相反造成整體電感減少。
2.Even-mode時，沒有互容效應且電流方向相同造成整體電感增加。
至於Stripline為什麼會需要更近的距離才會感受到耦合效應？
大家可以想想，當然跟它本身的結構有關。
Even-mode and Odd-mode Velocity
兩條線同時工作時，會依據傳輸線上不同的電壓變化形式而產生三種不同的波行進速度。
當線路佈局在外層，Vodd>VIsolated>VEven
從電磁場形來看，當線路佈局在外層，奇模態時極少部分的電場在介質裡，大多數在空氣中，使得等效介電常數低，因此速度會比較快。
偶模態時，大多數電場集中在介質裡，使得等效介電常數高，因此速度慢。
非奇偶模態則是界在兩者之間。
我們可以用綠漆的厚度來驗證這個結果，當綠漆厚度變厚時，因為等效的介電常數提高，因此非奇模態的波行進速度變慢，但是偶模態時的速度則幾乎不變。
這個實驗可以驗證奇模態的速度對非回流路徑的介質比較敏感，偶模態則完全無關。
另外，當線路佈局在內層時，三個模態的速度並不會有任何差異，也就是Vodd=VIsolated=VEven。當然大家也可以想想這是什麼原因囉。
想請教一個蠢問題:若"不討論阻抗"去看待基模，可否解釋成"一組差動對，在單端(Single-Ended)的角度"檢視同步工作(無錯位、延遲、無其它Crosstalk影響)且相位相反的兩條走線，其中一條走線對另一條走線的模態表現?謝謝。