Préserver l'intégrité des signaux avec le routage des paires différentielles sur un circuit imprimé haute vitesse

Sound wave on oscilloscope

 

Un jour, j'avais un rendez-vous à l'aveugle avec une femme qui, sans que je le sache, était toujours en retard. J'étais arrivé au restaurant pile à l'heure et j'ai attendu 20 minutes avant de conclure qu'elle m'avait posé un lapin. J'étais sur le point de partir lorsqu'elle est arrivée. À 5 minutes près, nous ne nous serions jamais rencontrés. Il peut arriver la même chose sur des circuits imprimés haute vitesse avec un routage incorrect des paires différentielles. Un signal arrive au mauvais endroit, ne trouve pas son partenaire, puis rentre chez lui. Par contre, pour les circuits imprimés, il n'y a pas de blessure sentimentale en cas de rendez-vous manqué. L'intégrité des signaux peut en revanche être très mauvaise, ou pire, le circuit non fonctionnel. Vous devez être un bon entremetteur pour vos signaux haute vitesse et les router afin qu'ils arrivent à l'heure!

 

Conseils et astuces pour le routage différentiel

 

Pour les rendez-vous suivants, j'ai utilisé quelques trucs pour essayer de faire en sorte que ma partenaire arrive à l'heure. L'éthique peut être discutée lorsque je m'arrange pour que ma partenaire soit à l'heure, mais faire en sorte que les paires différentielles "soient ponctuelles" permet de garantir l'intégrité des signaux. Utilisez ces conseils pour garantir que le l'aspect temporel est pris en compte lors du routage des paires différentielles.

 

Adaptation de la longueur des pistes : L'adaptation de la longueur des pistes doit être une priorité absolue lors du routage de paires différentielles. Ne faites pas traverser tout le circuit imprimé à un signal alors que l'autre emprunte un chemin beaucoup plus direct. Si les longueurs des paires différentielles sont différentes, le décalage temporel provoquera des interférences destructives et dégradera l'intégrité des signaux. Les circuits n'ont pas la même tolérance pour les différences de longueur de piste. Assurez-vous que vos paires différentielles sont sur le même plan et vérifiez leurs tolérances à la désadaptation avec de commencer à concevoir.

Routage en parallèle : lorsque vous routez une paire différentielle, essayez autant que possible de garder les pistes parallèles. Vous éviterez ainsi toutes les interférences électromagnétiques émises et faciliterez l'adaptation de la longueur des pistes.

 

Espacement et distance d'isolement électrique : Les paires différentielles doivent toujours être les plus éloignées les unes des autres. Lorsque plusieurs paires différentielles sont routées à proximité les unes des autres, elles interagiront toujours négativement entre-elles. Évitez les interactions et réduisez les interférences électromagnétiques en les espaçant.

 

Les paires différentielles devront également être routées loin des composants sensibles aux interférences électromagnétiques. Différentes approches existent pour répondre aux exigences en matière d'espacement et d'isolement électrique de vos circuits.

 

circuit board in shape of brain

Soyez malin, ne routez pas vos paires différentielles comme cela.

 

Pas de virages serrés : il est préférable de router les paires différentielles en lignes droites, sans aucune courbure. Cependant, certains virages peuvent être nécessaires pour le routage de votre circuit imprimé. Les paires différentielles apprécient toujours les courbes douces. Les virages serrés émettent plus d'interférences électromagnétiques qu'une courbe douce. Tout changement de direction dans une paire différentielle doit être inférieur à 45 degrés et cela concerne aussi bien les bords internes qu'externes, qui émettent tous les deux des interférences électromagnétiques.

 

Vias : Il n'est pas recommandé d'utiliser de nombreux vias. La géométrie du via dégrade un peu le signal. S'ils sont trop utilisés, les vias peuvent significativement nuire à l'intégrité des signaux et générer des réflexions destructives dans la paire différentielle.

 

Si vous utilisez finalement des vias sur votre circuit imprimé, assurez-vous de réduire la longueur de métallisation inutilisée du via ou de contrepercer leurs extrémités. La métallisation inutilisée d'un via se comporte comme une ligne de transmission terminée par un circuit ouvert, ce qui implique une forte réflexion du signal. En fonction de la longueur du trou métallisé inutilisé, le signal peut même être réfléchi dans les paires différentielles à 180 degrés et neutraliser le signal utile. C'est en réduisant la longueur de métallisation inutilisée qu'on limite le mieux ses effets négatifs. Il est possible d'utiliser pour cela des vias borgnes, enterrés ou de contrepercer les trous métallisés. Toutes ces possibilités peuvent augmenter le coût de fabrication, donc si votre budget est limité, vous pouvez simplement effectuer les connexions des vias entre les couches extrêmes de la carte. Sur un circuit imprimé à 8 couches, une connexion entre la couche 1 et la couche 7 aura une métallisation inutilisée plus courte qu'une connexion de la couche 1 vers la couche 2.

 

Il est également important d'adapter tout retard de signal engendré par un via. Il suffit pour cela d'utiliser le même nombre de vias sur les deux pistes de la paire différentielle ou d'ajouter un routage en serpentin sans via. Personne n'aime tenir la chandelle à un rendez-vous, donc assurez-vous que l'adaptation est effectuée de manière uniforme.

 

Close-up of PCB tracks

Observez ces jolis segments parallèles.

 

Comment les réaliser avec votre ordinateur ?

 

Afin d'optimiser les performances de votre cerveau, laissez votre ordinateur faire une partie du travail. Votre logiciel de conception de circuits imprimés doit être capable de vérifier automatiquement certaines de ces règles, notamment l'espacement électrique. Des logiciels plus perfectionnés vous aideront également avec le routage à proprement parler des paires différentielles. Altium Designer n'aura peut-être pas de solution pour votre vie amoureuse, mais il dispose de fonctionnalités qui aident les utilisateurs pour le routage des paires différentielles.

 

En dépit de nos désaccords sur les horaires, j'ai continué à sortir avec la femme rencontrée lors du rendez-vous à l'aveugle. Le problème de ponctualité est toujours là, mais l'intégrité de notre relation est préservée. Si vous rencontrez des problèmes avec le routage des paires différentielles sur votre circuit imprimé, votre carte pourrait bien être moins chanceuse. Assurez-vous de suivre les recommandations fournies ci-dessus pour préserver l'intégrité des signaux sur votre circuit imprimé.

 

Avez-vous besoin d'autres conseils sur le routage des paires différentielles ? Contactez un expert d'Altium.

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