Entwerfen Sie 100Ω-Differenzpaare für USB, HDMI, Ethernet und PCIe. Berechnen Sie Odd-Mode-Impedanz, Kopplungsfaktor und optimieren Sie die Leiterbahngeometrie für Hochgeschwindigkeits-Serienschnittstellen.
Kantengekoppelter Differenz-Mikrostreifen
Das Verhältnis zwischen Single-Ended-, Odd-Mode- und Differenzimpedanz verstehen
Impedanz jeder Leiterbahn, wenn die andere geerdet ist (keine Kopplung)
Impedanz jeder Leiterbahn bei differenzieller Ansteuerung (P+, N-)
Gesamtimpedanz zwischen P- und N-Leiterbahnen (die Spezifikation, die jeder verwendet)
k = Kopplungskoeffizient (0 bis 1)
Zdiff ≈ 2 × Z₀ wenn k → 0 (lose Kopplung)
| Interface | Zdiff-Ziel | Datenrate | Hinweise |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω ±15% | 480 Mbps | Oft auf 90Ω gelockert |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω ±10% | 5/10 Gbps | TX- und RX-Paare |
| USB4 / TB3 | 85Ω ±10% | 40 Gbps | Sehr enger Skew |
| HDMI 1.4/2.0 | 100Ω ±15% | 10.2/18 Gbps | 4 TMDS-Paare |
| DisplayPort | 100Ω ±10% | 32.4 Gbps | HBR3 |
| PCIe Gen3 | 85Ω ±15% | 8 GT/s | Pro Lane |
| PCIe Gen4/5 | 85Ω ±10% | 16/32 GT/s | Enge Toleranz |
| 1G Ethernet | 100Ω ±10% | 1 Gbps | Cat5e-kompatibel |
| 10G/25G Ethernet | 100Ω ±10% | 10/25 Gbps | SFP+ / SFP28 |
| SATA III | 100Ω ±10% | 6 Gbps | TX und RX |
| DDR4/DDR5 | 80Ω ±10% | Variabel | DQ-, DQS-Paare |
| LVDS | 100Ω ±10% | 655 Mbps | Display-Panels |
P- und N-Leiterbahnlängen innerhalb jedes Paares anpassen:
Konstanten S (Spalt) über die gesamte Länge beibehalten:
Durchgehende Massefläche ist kritisch:
Kopplung für beste Leistung optimieren:
Impedanzdiskontinuität an Vias minimieren:
Für TDR-Verifizierung auslegen:
Am häufigsten für USB, HDMI, Ethernet, PCIe
Verwendet bei dichtem BGA-Breakout, Flex-Schaltungen
Z₀ ist die Single-Ended charakteristische Impedanz. Zodd (Odd-Mode-Impedanz) ist die Impedanz, die jede Leiterbahn bei differenzieller Ansteuerung sieht. Zdiff (Differenzimpedanz) = 2 × Zodd. Durch gegenseitige Kopplung ist Zodd < Z₀, typischerweise Zodd ≈ 0.7 × Z₀ für eng gekoppelte Paare, was Zdiff ≈ 1.4 × Z₀ ergibt.
100Ω differenziell wurde zum Standard, weil es mit gängigen PCB-Geometrien leicht erreichbar ist und gut mit differenziellen Treiber-ICs funktioniert. Die meisten Hochgeschwindigkeitsschnittstellen (USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, PCIe) spezifizieren 100Ω ±10%. Einige Legacy-Schnittstellen verwenden 90Ω (LVDS) oder 85Ω.
Kantengekoppelte Paare laufen nebeneinander auf derselben Schicht und sind durch den Spalt zwischen ihnen gekoppelt. Breitseiten-gekoppelte Paare sind vertikal auf benachbarten Schichten gestapelt. Kantenkopplung ist häufiger und einfacher zu routen; Breitkopplung wird verwendet, wenn der horizontale Platz begrenzt ist, erfordert aber präzisere Schichtausrichtung.
Engerer Abstand (kleineres S/W-Verhältnis) erhöht die Kopplung und reduziert Zdiff. Für 100Ω-Ziele ist S ≈ W üblich (1:1-Verhältnis). Zu eng (S < W) kann Fertigungsprobleme und übermäßige Kopplung verursachen. Zu locker (S > 3W) bietet minimalen Differenzvorteil. Die 3W-Isolationsregel gilt nicht für beabsichtigte Differenzpaare.
Differenzielle Signalisierung reduziert EMI erheblich, da sich die Felder der P- und N-Leiterbahnen teilweise aufheben. Dies funktioniert jedoch nur, wenn das Paar symmetrisch ist (gleiche Länge, Abstand und Timing). Skew zwischen P und N wandelt das Differenzsignal in Gleichtakt um, der strahlt. Halten Sie den Skew < 5% der Anstiegszeit.
Single-Ended-Impedanz als Basis für Differenzdesign.
Abgeschirmte Innenschicht-Leiterbahnen für rauschempfindliche Differenzpaare.
CPW/GCPW für HF-Differenzpaare bei mmWave-Frequenzen.
Vollständige Referenz der Impedanzgleichungen einschließlich Zdiff.
Differenzielle Via-Paare und Rückbohrtechniken.
NEXT/FEXT zwischen Differenzpaaren und Isolationsregeln.
Terminierungstechniken für Differenzschnittstellen.
Vollständige A-Z-Referenz der PCB- und SI-Begriffe.