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Influence de l'impédance différentielle Ethernet sur la conception haut débit | Cadence

Written by | Prableen Sachdeva

April 4, 2025

| 8:37 am

L’impédance différentielle en Ethernet haute vitesse est essentielle pour l’intégrité du signal et la réduction des EMI. Découvrez son impact sur la conception PCB et comment OrCAD X permet d’optimiser le routage, l’adaptation d’impédance et la fiabilité des circuits haute vitesse.

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Points Clés

Comparaison des signaux différentiels et des traces asymétriques dans la conception de PCB haute vitesse.
Principales considérations pour la mise en page et le routage des paires différentielles.
Gestion de l’intégrité du signal et des interférences électromagnétiques (EMI) dans les conceptions Ethernet et USB avec OrCAD X.
La conception Ethernet haute vitesse nécessite une attention particulière sur l’empilement des couches et l’impédance.

Les signaux asymétriques et différentiels dans la conception PCB

Autrefois, les téléphones filaires pouvaient capter des interférences de conversations voisines sur la même ligne. Aujourd’hui, la conception de PCB haute vitesse utilise les paires différentielles pour résoudre ces problèmes d’intégrité du signal.

Les paires différentielles sont la norme dans les protocoles haute vitesse, comme les interfaces USB, Ethernet, HDMI et d’autres technologies numériques avancées. Cependant, la différence entre signaux asymétriques et différentielles peut sembler simple au niveau de la mise en page physique, mais leur fonctionnement à l’échelle du signal et des composants émetteurs/récepteurs est plus complexe.

Comparaison entre signaux asymétriques et paires différentielles

Critère	Paires différentielles	Signaux asymétriques
Impédance	Impédance différentielle et caractéristique spécifiées	Seule l'impédance caractéristique est définie
Définition	Deux traces transportant des signaux opposés pour réduire le bruit et améliorer l’intégrité du signal	Une seule trace avec une masse de référence, plus simple mais plus sensible aux interférences
Correspondance de longueur	Requise entre chaque trace d'une paire et entre plusieurs paires sur des bus parallèles	Nécessaire uniquement pour les bus parallèles ou pour synchroniser avec une horloge source
Lecture des signaux
Terminologie des récepteurs	Terminaison parallèle entre les paires (haute impédance)	Terminaison en shunt vers le plan de masse (haute impédance)
Exemples d'utilisation	USB, Ethernet, RS-232, RS-485, HDMI	I2C, SPI, GPIO

Pourquoi l’impédance est essentielle pour les signaux différentiels ? L’adaptation d’impédance (ou correspondance de longueur) est cruciale dans la conception des signaux différentiels. Lorsque le signal atteint le récepteur, il doit être deux fois la magnitude d’un signal individuel. Cependant, les signaux alternatifs varient constamment en fonction de la fréquence. L’adaptation d’impédance garantit que :

Les signaux arrivent parfaitement en opposition de phase.
Les différences de longueur entre les traces sont corrigées en ajustant la distance sur la trace concernée.
Les paires différentielles subissent les mêmes effets locaux d’impédance.

Considérations pour le routage des paires différentielles Bien que les paires différentielles suivent des principes similaires aux signaux asymétriques, certaines règles spécifiques doivent être respectées :

Évitez de placer des circuits d’alimentation (ex. régulateurs de commutation) trop près des paires différentielles.
Évitez le routage sur des plans fractionnés, car il génère des problèmes EMI en raison d’un retour de signal irrégulier.

Applications de l’impédance différentielle en Ethernet et autres protocoles Les paires différentielles sont privilégiées dans la majorité des protocoles haute vitesse pour : 1. Réduction du bruit en mode commun :

La lecture différentielle annule tout bruit commun reçu, y compris les interférences provenant d’autres signaux.

2. Indépendance vis-à-vis des plans de référence :

Contrairement aux signaux asymétriques, les paires différentielles n’ont pas besoin d’un plan de masse uniforme pour maintenir leur impédance contrôlée.

Gestion de l’intégrité du signal (SI) avec OrCAD X

OrCAD X intègre des outils avancés d’analyse de l’intégrité du signal, essentiels pour garantir une transmission fiable des données.

Défi	Capacité d'OrCAD X	Explication
Contrôle d’impédance	Workflow d’analyse SI	Vérifie que les paires différentielles respectent l’impédance requise pour Ethernet, USB, HDMI, etc.
Correspondance de longueur	Constraint Manager	Assure une longueur égale entre les traces différentielles pour éviter les déphasages et erreurs de synchronisation.
Réduction des EMI et diaphonie	Gestion des vias et blindage	Ajoute des matrices de vias pour protéger les signaux et réduire les interférences électromagnétiques.
Mise en page et adaptation d’impédance	Vérifications DRC en temps réel	Détecte instantanément les divergences d’impédance ou de longueur pendant la conception.
Références planes et empilement des couches	Outils de gestion des plans	Permet de configurer le stack-up et les plans de référence pour une impédance stable.
Simulation et récupération du signal	Analyse SI intégrée	Simule le comportement des signaux pour assurer une transmission correcte et identifier les erreurs potentielles.
Problèmes de terminaison	Workflow de vérification d’impédance	Vérifie que les résistances de terminaison sont correctement placées pour éviter les réflexions.

Pourquoi choisir OrCAD X pour la conception de PCB haute vitesse ?

Grâce aux outils avancés de conception et d’analyse intégrés dans OrCAD X, vous pouvez :

Optimiser la transmission des signaux en maintenant une impédance contrôlée.
Éviter les erreurs de conception grâce aux vérifications en temps réel.
Réduire les EMI et la diaphonie, assurant ainsi une meilleure fiabilité des circuits.

OrCAD X simplifie le processus de conception Ethernet, USB et HDMI, garantissant des performances optimales en haute vitesse.

Assurez la qualité de vos PCB avec OrCAD X

Maintenant que vous connaissez les différences entre signaux asymétriques et paires différentielles, vous pouvez exploiter les outils de conception et d’analyse PCB de Cadence pour concevoir des circuits de haute qualité.

Avec OrCAD X, assurez-vous que vos signaux, qu’ils soient différentiels ou asymétriques, respectent les exigences d’impédance et de performance.

Découvrez dès aujourd’hui le potentiel d’OrCAD X et améliorez la conception de vos projets électroniques.

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