Progetta coppie differenziali da 100Ω per USB, HDMI, Ethernet e PCIe. Calcola l'impedenza in modalità dispari, il fattore di accoppiamento e ottimizza la geometria della traccia per interfacce seriali ad alta velocità.
Microstrip differenziale accoppiato sui bordi
Comprendere la relazione tra impedenza a singolo terminale, modalità dispari e differenziale
Impedenza di ciascuna traccia quando l'altra è collegata a massa (nessun accoppiamento)
Impedenza di ciascuna traccia quando pilotata in modo differenziale (P+, N-)
Impedenza totale tra le tracce P e N (la specifica che tutti usano)
k = coefficiente di accoppiamento (0 a 1)
Zdiff ≈ 2 × Z₀ quando k → 0 (accoppiamento debole)
| Interface | Obiettivo Zdiff | Velocità dati | Note |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω ±15% | 480 Mbps | Spesso rilassato a 90Ω |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω ±10% | 5/10 Gbps | Coppie TX e RX |
| USB4 / TB3 | 85Ω ±10% | 40 Gbps | Sfasamento molto stretto |
| HDMI 1.4/2.0 | 100Ω ±15% | 10.2/18 Gbps | 4 coppie TMDS |
| DisplayPort | 100Ω ±10% | 32.4 Gbps | HBR3 |
| PCIe Gen3 | 85Ω ±15% | 8 GT/s | Per corsia |
| PCIe Gen4/5 | 85Ω ±10% | 16/32 GT/s | Tolleranza stretta |
| Ethernet 1G | 100Ω ±10% | 1 Gbps | Compatibile con Cat5e |
| Ethernet 10G/25G | 100Ω ±10% | 10/25 Gbps | SFP+ / SFP28 |
| SATA III | 100Ω ±10% | 6 Gbps | TX e RX |
| DDR4/DDR5 | 80Ω ±10% | Variabile | Coppie DQ, DQS |
| LVDS | 100Ω ±10% | 655 Mbps | Pannelli display |
Far corrispondere le lunghezze delle tracce P e N all'interno di ciascuna coppia:
Mantenere una S (spaziatura) costante per tutta la lunghezza:
Un piano di massa continuo è critico:
Ottimizza l'accoppiamento per prestazioni ottimali:
Ridurre al minimo la discontinuità di impedenza alle vie:
Progetta per verifica TDR:
Più comune per USB, HDMI, Ethernet, PCIe
Utilizzato in breakout BGA densi, circuiti flessibili
Z₀ è l'impedenza caratteristica a singolo terminale. Zodd (impedenza in modalità dispari) è l'impedenza vista da ciascuna traccia quando pilotata in modo differenziale. Zdiff (impedenza differenziale) = 2 × Zodd. A causa dell'accoppiamento reciproco, Zodd < Z₀, tipicamente Zodd ≈ 0.7 × Z₀ per coppie strettamente accoppiate, rendendo Zdiff ≈ 1.4 × Z₀.
100Ω differenziale è diventato lo standard perché è facilmente raggiungibile con geometrie PCB comuni e funziona bene con IC driver differenziali. La maggior parte delle interfacce ad alta velocità (USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, PCIe) specifica 100Ω ±10%. Alcune interfacce legacy utilizzano 90Ω (LVDS) o 85Ω.
Le coppie accoppiate sui bordi funzionano fianco a fianco sullo stesso strato, accoppiate attraverso lo spazio tra di loro. Le coppie accoppiate a banda larga sono impilate verticalmente su strati adiacenti. L'accoppiamento sui bordi è più comune e più facile da instradare; l'accoppiamento a banda larga viene utilizzato quando lo spazio orizzontale è limitato ma richiede una registrazione precisa dello strato.
Una spaziatura più stretta (rapporto S/W minore) aumenta l'accoppiamento e riduce Zdiff. Per obiettivi di 100Ω, S ≈ W è comune (rapporto 1:1). Troppo stretto (S < W) può causare problemi di produzione e accoppiamento eccessivo. Troppo largo (S > 3W) fornisce un beneficio differenziale minimo. La regola 3W per l'isolamento non si applica alle coppie differenziali intenzionali.
La segnalazione differenziale riduce significativamente le EMI perché i campi dalle tracce P e N si annullano parzialmente. Tuttavia, questo funziona solo se la coppia è simmetrica (lunghezza, spaziatura e temporizzazione uguali). Lo sfasamento tra P e N converte il segnale differenziale in modo comune, che irradia. Mantenere lo sfasamento < 5% del tempo di salita.
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