Diseñe pares diferenciales de 100Ω para USB, HDMI, Ethernet y PCIe. Calcule la impedancia de modo impar, el factor de acoplamiento y optimice la geometría de trazas para interfaces seriales de alta velocidad.
Microstrip diferencial acoplado por borde
Comprender la relación entre la impedancia de señal única, modo impar y diferencial
Impedancia de cada traza cuando la otra está conectada a tierra (sin acoplamiento)
Impedancia de cada traza cuando se controla diferencialmente (P+, N-)
Impedancia total entre las trazas P y N (la especificación que todos usan)
k = coeficiente de acoplamiento (0 a 1)
Zdiff ≈ 2 × Z₀ cuando k → 0 (acoplamiento débil)
| Interface | Objetivo Zdiff | Tasa de datos | Notas |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω ±15% | 480 Mbps | A menudo relajado a 90Ω |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω ±10% | 5/10 Gbps | Pares TX y RX |
| USB4 / TB3 | 85Ω ±10% | 40 Gbps | Sesgo muy ajustado |
| HDMI 1.4/2.0 | 100Ω ±15% | 10.2/18 Gbps | 4 pares TMDS |
| DisplayPort | 100Ω ±10% | 32.4 Gbps | HBR3 |
| PCIe Gen3 | 85Ω ±15% | 8 GT/s | Por carril |
| PCIe Gen4/5 | 85Ω ±10% | 16/32 GT/s | Tolerancia ajustada |
| Ethernet 1G | 100Ω ±10% | 1 Gbps | Compatible con Cat5e |
| Ethernet 10G/25G | 100Ω ±10% | 10/25 Gbps | SFP+ / SFP28 |
| SATA III | 100Ω ±10% | 6 Gbps | TX y RX |
| DDR4/DDR5 | 80Ω ±10% | Variable | Pares DQ, DQS |
| LVDS | 100Ω ±10% | 655 Mbps | Paneles de pantalla |
Coincida las longitudes de las trazas P y N dentro de cada par:
Mantenga una S (espacio) constante a lo largo de toda la longitud:
Un plano de tierra continuo es crítico:
Optimice el acoplamiento para un mejor rendimiento:
Minimice la discontinuidad de impedancia en las vías:
Diseñe para verificación TDR:
Más común para USB, HDMI, Ethernet, PCIe
Utilizado en salidas BGA densas, circuitos flexibles
Z₀ es la impedancia característica de señal única. Zodd (impedancia de modo impar) es la impedancia vista por cada traza cuando se controla diferencialmente. Zdiff (impedancia diferencial) = 2 × Zodd. Debido al acoplamiento mutuo, Zodd < Z₀, típicamente Zodd ≈ 0.7 × Z₀ para pares estrechamente acoplados, haciendo Zdiff ≈ 1.4 × Z₀.
100Ω diferencial se convirtió en el estándar porque es fácilmente alcanzable con geometrías de PCB comunes y funciona bien con CI de controladores diferenciales. La mayoría de las interfaces de alta velocidad (USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, PCIe) especifican 100Ω ±10%. Algunas interfaces heredadas usan 90Ω (LVDS) o 85Ω.
Los pares acoplados por borde funcionan uno al lado del otro en la misma capa, acoplados a través del espacio entre ellos. Los pares acoplados de banda ancha están apilados verticalmente en capas adyacentes. El acoplamiento por borde es más común y más fácil de enrutar; el acoplamiento de banda ancha se usa cuando el espacio horizontal es limitado pero requiere un registro de capa más preciso.
Un espaciado más ajustado (relación S/W menor) aumenta el acoplamiento y reduce Zdiff. Para objetivos de 100Ω, S ≈ W es común (relación 1:1). Demasiado ajustado (S < W) puede causar problemas de fabricación y acoplamiento excesivo. Demasiado suelto (S > 3W) proporciona un beneficio diferencial mínimo. La regla 3W para aislamiento no se aplica a pares diferenciales intencionales.
La señalización diferencial reduce significativamente la EMI porque los campos de las trazas P y N se cancelan parcialmente. Sin embargo, esto solo funciona si el par es simétrico (igual longitud, espaciado y temporización). El sesgo entre P y N convierte la señal diferencial en modo común, que irradia. Mantenga el sesgo < 5% del tiempo de subida.
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