Projete pares diferenciais de 100Ω para USB, HDMI, Ethernet e PCIe. Calcule a impedância de modo ímpar, o fator de acoplamento e otimize a geometria do traço para interfaces seriais de alta velocidade.
Microstrip diferencial acoplado por borda
Compreender a relação entre impedância de sinal único, modo ímpar e diferencial
Impedância de cada traço quando o outro está aterrado (sem acoplamento)
Impedância de cada traço quando acionado diferencialmente (P+, N-)
Impedância total entre os traços P e N (a especificação que todos usam)
k = coeficiente de acoplamento (0 a 1)
Zdiff ≈ 2 × Z₀ quando k → 0 (acoplamento fraco)
| Interface | Meta Zdiff | Taxa de dados | Notas |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω ±15% | 480 Mbps | Frequentemente relaxado para 90Ω |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω ±10% | 5/10 Gbps | Pares TX e RX |
| USB4 / TB3 | 85Ω ±10% | 40 Gbps | Desvio muito apertado |
| 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 pista |
| PCIe Gen4/5 | 85Ω ±10% | 16/32 GT/s | Tolerância apertada |
| Ethernet 1G | 100Ω ±10% | 1 Gbps | Compatível com Cat5e |
| Ethernet 10G/25G | 100Ω ±10% | 10/25 Gbps | SFP+ / SFP28 |
| SATA III | 100Ω ±10% | 6 Gbps | TX e RX |
| DDR4/DDR5 | 80Ω ±10% | Variável | Pares DQ, DQS |
| LVDS | 100Ω ±10% | 655 Mbps | Painéis de exibição |
Coincida os comprimentos dos traços P e N dentro de cada par:
Mantenha um S (espaçamento) constante ao longo de todo o comprimento:
Um plano de terra contínuo é crítico:
Otimize o acoplamento para melhor desempenho:
Minimize a descontinuidade de impedância nas vias:
Projete para verificação TDR:
Mais comum para USB, HDMI, Ethernet, PCIe
Usado em saídas BGA densas, circuitos flexíveis
Z₀ é a impedância característica de sinal único. Zodd (impedância de modo ímpar) é a impedância vista por cada traço quando acionado diferencialmente. Zdiff (impedância diferencial) = 2 × Zodd. Devido ao acoplamento mútuo, Zodd < Z₀, tipicamente Zodd ≈ 0.7 × Z₀ para pares fortemente acoplados, fazendo Zdiff ≈ 1.4 × Z₀.
100Ω diferencial tornou-se o padrão porque é facilmente alcançável com geometrias de PCB comuns e funciona bem com CIs de drivers diferenciais. A maioria das interfaces de alta velocidade (USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, PCIe) especifica 100Ω ±10%. Algumas interfaces legadas usam 90Ω (LVDS) ou 85Ω.
Pares acoplados por borda funcionam lado a lado na mesma camada, acoplados através do espaço entre eles. Pares acoplados de banda larga são empilhados verticalmente em camadas adjacentes. O acoplamento por borda é mais comum e mais fácil de rotear; o acoplamento de banda larga é usado quando o espaço horizontal é limitado, mas requer registro de camada mais preciso.
Espaçamento mais apertado (relação S/W menor) aumenta o acoplamento e reduz Zdiff. Para metas de 100Ω, S ≈ W é comum (relação 1:1). Muito apertado (S < W) pode causar problemas de fabricação e acoplamento excessivo. Muito solto (S > 3W) fornece benefício diferencial mínimo. A regra 3W para isolamento não se aplica a pares diferenciais intencionais.
A sinalização diferencial reduz significativamente a EMI porque os campos dos traços P e N se cancelam parcialmente. No entanto, isso só funciona se o par for simétrico (comprimento, espaçamento e temporização iguais). O desvio entre P e N converte o sinal diferencial em modo comum, que irradia. Mantenha o desvio < 5% do tempo de subida.
Impedância de sinal único como referência para design diferencial.
Traços de camada interna blindados para pares diferenciais sensíveis ao ruído.
CPW/GCPW para pares diferenciais de RF em frequências mmWave.
Referência completa de equações de impedância incluindo Zdiff.
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Técnicas de terminação para interfaces diferenciais.
Referência completa A-Z de termos de PCB e SI.