Проектируйте дифференциальные пары 100Ω для USB, HDMI, Ethernet и PCIe. Рассчитывайте импеданс нечетного режима, коэффициент связи и оптимизируйте геометрию трассы для высокоскоростных последовательных интерфейсов.
Дифференциальная микрополосковая линия с краевой связью
Понимание соотношения между однополюсным, нечетным режимом и дифференциальным импедансом
Импеданс каждой линии, когда другая заземлена (без связи)
Импеданс каждой линии при дифференциальном управлении (P+, N-)
Полный импеданс между линиями P и N (спецификация, которую все используют)
k = коэффициент связи (от 0 до 1)
Zdiff ≈ 2 × Z₀ когда k → 0 (слабая связь)
| Interface | Целевой Zdiff | Скорость передачи данных | Примечания |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω ±15% | 480 Mbps | Часто смягчается до 90Ω |
| USB 3.0/3.1 | 90Ω ±10% | 5/10 Gbps | Пары TX и RX |
| USB4 / TB3 | 85Ω ±10% | 40 Gbps | Очень жесткий перекос |
| HDMI 1.4/2.0 | 100Ω ±15% | 10.2/18 Gbps | 4 пары TMDS |
| DisplayPort | 100Ω ±10% | 32.4 Gbps | HBR3 |
| PCIe Gen3 | 85Ω ±15% | 8 GT/s | На полосу |
| PCIe Gen4/5 | 85Ω ±10% | 16/32 GT/s | Жесткий допуск |
| Ethernet 1G | 100Ω ±10% | 1 Gbps | Совместимо с Cat5e |
| Ethernet 10G/25G | 100Ω ±10% | 10/25 Gbps | SFP+ / SFP28 |
| SATA III | 100Ω ±10% | 6 Gbps | TX и RX |
| DDR4/DDR5 | 80Ω ±10% | Переменная | Пары DQ, DQS |
| LVDS | 100Ω ±10% | 655 Mbps | Дисплейные панели |
Согласуйте длины линий P и N в каждой паре:
Поддерживайте постоянный S (зазор) по всей длине:
Непрерывная заземляющая плоскость критична:
Оптимизируйте связь для лучшей производительности:
Минимизируйте разрыв импеданса на переходных отверстиях:
Проектируйте для проверки TDR:
Наиболее распространено для USB, HDMI, Ethernet, PCIe
Используется в плотных разводках BGA, гибких схемах
Z₀ — это характеристический импеданс однополюсной линии. Zodd (импеданс нечетного режима) — это импеданс, видимый каждой линией при дифференциальном управлении. Zdiff (дифференциальный импеданс) = 2 × Zodd. Из-за взаимной связи Zodd < Z₀, обычно Zodd ≈ 0.7 × Z₀ для сильно связанных пар, что дает Zdiff ≈ 1.4 × Z₀.
100Ω дифференциальный стал стандартом, потому что его легко достичь с помощью обычных геометрий PCB, и он хорошо работает с дифференциальными драйверными ИС. Большинство высокоскоростных интерфейсов (USB, HDMI, DisplayPort, Ethernet, PCIe) указывают 100Ω ±10%. Некоторые устаревшие интерфейсы используют 90Ω (LVDS) или 85Ω.
Пары с краевой связью проходят бок о бок на одном слое, связываясь через зазор между ними. Пары с широкополосной связью располагаются вертикально на смежных слоях. Краевая связь более распространена и проще для трассировки; широкополосная связь используется когда горизонтальное пространство ограничено, но требует более точного совмещения слоев.
Более близкий интервал (меньшее соотношение S/W) увеличивает связь и уменьшает Zdiff. Для целей 100Ω обычно S ≈ W (соотношение 1:1). Слишком близко (S < W) может вызвать проблемы производства и чрезмерную связь. Слишком широко (S > 3W) обеспечивает минимальное дифференциальное преимущество. Правило 3W для изоляции не применяется к намеренным дифференциальным парам.
Дифференциальная сигнализация значительно снижает EMI, потому что поля от линий P и N частично компенсируются. Однако это работает только если пара симметрична (равная длина, интервал и временная синхронизация). Перекос между P и N преобразует дифференциальный сигнал в синфазный, который излучает. Держите перекос < 5% времени нарастания.
Однополюсный импеданс как базовый уровень для дифференциального проектирования.
Экранированные трассы внутреннего слоя для чувствительных к шуму дифференциальных пар.
CPW/GCPW для РЧ дифференциальных пар на миллиметровых частотах.
Полный справочник уравнений импеданса, включая Zdiff.
Пары дифференциальных переходных отверстий и методы обратного сверления.
NEXT/FEXT между дифференциальными парами и правила изоляции.
Методы терминации для дифференциальных интерфейсов.
Полный A-Z справочник терминов PCB и SI.