Что такое дифференциальный импеданс
Дифференциальный импеданс — это волновое сопротивление, которое пара дифференциальных линий представляет высокоскоростному сигналу; измеряется в омах. Это не то омическое сопротивление провода на постоянном токе, что показывает мультиметр, — это импеданс, который сигнал чувствует на линии передачи и который задаётся геометрией кабеля. На практике распространённых целевых значений всего два: 90 Ом и 100 Ом.
Какое из них вам нужно — вопрос не вкуса. За вас решает протокол.
Где уместны 90, а где 100
| Интерфейс / протокол | Целевой дифференциальный импеданс |
|---|---|
| USB 2.0 / 3.x | 90 Ом |
| LVDS | 100 Ом |
| eDP / DisplayPort | 100 Ом |
| HDMI | 100 Ом |
| MIPI D-PHY | 100 Ом |
| Gigabit Ethernet (на пару) | 100 Ом |
Закономерность видна сразу: подавляющее большинство высокоскоростных дифференциальных протоколов — это 100 Ом, а USB — то самое заметное исключение на 90 Ом. Отсюда практическое правило на производстве: увидел дифференциальную пару USB — считай 90 Ом; для любой другой высокоскоростной пары начинай со 100 Ом и затем сверяйся с даташитом.
Почему стоит бороться даже за 10 Ом
По мере того как сигнал идёт от микросхемы к разъёму и дальше по кабелю, каждый резкий скачок импеданса отражает часть энергии назад. Отражение накладывается на исходный сигнал, и глазковая диаграмма на приёмнике «выгрызается» тем сильнее, чем выше скорость и длиннее канал.
Короткий канал тоже не индульгенция. Поднимите скорость — и рассогласование в 10 Ом способно съесть тот небольшой запас, что у вас был; результат — эпизодические битовые ошибки, дисплей, который не запускается, или нестабильность при нагреве. Именно такие отказы локализовать труднее всего.
Как кабель выходит на целевой импеданс
Дифференциальный импеданс задаётся совместно несколькими конструктивными параметрами: диаметром проводника и расстоянием между двумя линиями, диэлектрической проницаемостью изоляции, шагом скрутки и расстоянием до экрана. Заказная сборка решает задачу с обратного конца — сначала фиксируется целевой импеданс, затем под него проектируются эти элементы так, чтобы готовый кабель лёг рядом с целью, и в конце рефлектометром (TDR) проверяется, что импеданс остаётся ровным по длине.
Иначе говоря, целевой импеданс — это исходное проектное требование, а не число, которое замеряют потом и надеются на удачу.
Единственное правило выбора
- Целевой импеданс задаётся протоколом и даташитами микросхем на обоих концах — сначала смотрите спецификацию, потом проектируйте конструкцию.
- Если одна сборка несёт несколько протоколов (например, пара USB и пара LVDS вместе), проектируйте каждую дифференциальную пару под её собственный целевой импеданс, не сводя всё к одному значению.
- Сомневаетесь — передайте протокол, номера микросхем и скорость инженерам, чтобы согласовать вместе: это надёжнее, чем тянуться к запомненному числу.
