![](https://habrastorage.org/webt/vw/jg/vf/vwjgvfppmhghuktutrla-wrcwfq.jpeg)
Введение
Дифференциальные пары широко применяются для передачи высокочастотных и помехозащищенных сигналов в электронных устройствах, реализуемых на конструкциях печатных плат. Каждый такой сигнал передаётся парой эквивалентных сигналов противоположной полярности (Сигнал+/Сигнал-), а приёмник реагирует исключительно на разницу между их значениями. В этом случае внешние помехи, воздействующие на линии передачи (печатные проводники) пары, прибавляются к двум инвертированным по отношению друг к другу сигналам без изменения их разности и, таким образом, не проявляются в результирующем сигнале на стороне приемника.
![](https://habrastorage.org/webt/3v/z_/g0/3vz_g0j6tp76xq8xr5d1jfwtadi.jpeg)
Необходимость трассировки дифференциальных пар в автоматическом или интерактивном режимах привела к реализации в современных САПР РЭА инструментальных средств прокладки электрических соединений (печатных проводников) между заданными парами выводов – источников и приемников сигналов с учетом заданных правил на топологию и параметры этих соединений. Список правил для трассировки соединений в дифференциальных парах достаточно широк и многообразен, к основным среди них следует отнести перечисленные ниже.
![](https://habrastorage.org/webt/7j/ua/y0/7juay0xybbk0ax8dsr1te3ifioy.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/ik/yf/8k/ikyf8kuuewpabn-xejhp45zcym0.jpeg)
С учетом заданных правил и ограничений средства трассировки дифференциальных пар выполняют прокладку проводников с максимально возможным их сопряжением и обеспечением разности длин, не превышающей заданную правилами проектирования.
При необходимости, допускается переход со слоя на слой с построением соответствующей пары межслойных переходов.
![](https://habrastorage.org/webt/ze/dh/64/zedh64muodwjvmhpeyzduqm9zba.png)
Сопряжение соединений при трассировке дифференциальной пары
Размеры контактных площадок источников и приемников сигналов, а также расстояния между ними значительно превышают заданную величину номинального зазора между сопряженными проводниками в дифференциальных парах.
Первой задачей, решаемой при трассировке дифференциальной пары, является сопряжение проводников, то есть прокладка их участков от выводов компонентов к точке сопряжения. Качество результатов сопряжения определяется разностью длин построенных проводников и их симметричностью. Симметричное сопряжение состоит из пары проводников, в которой один из них является копией другого, полученной в результате применения к нему операции зеркального отображения относительно оси симметрии контактов.
![](https://habrastorage.org/webt/fe/zg/pq/fezgpq1ymh0vyo-ozjtzn_ryeye.jpeg)
Асимметричное сопряжение состоит из пары проводников разной длины и с отличающейся топологией.
![](https://habrastorage.org/webt/rd/6g/11/rd6g11m7isg0ghow09anexhjaqi.jpeg)
Предлагаемый метод сопряжения соединений при трассировке дифференциальных пар базируется на использовании шаблонов сопряжений. Каждый шаблон содержит параметризованное описание пары контактов и сопрягаемых проводников, исходящих от этих контактов.
Предполагается, что пары контактов могут быть представлены следующими объектами печатного монтажа:
- круглые контактные площадки – планарные или сквозные выводы электронных компонентов, а также межслойные переходы
- прямоугольные контактные площадки — планарные выводы электронных компонентов
- сегменты печатных проводников.
Метод сопряжения проводников рассматривается на примере круглых контактных площадок с сохранением общности подхода применительно к прямоугольным и другим выпуклым формам контактных площадок.
Каждый шаблон сопряжения формируется на основе исходного, содержащего описания пары контактов и сопрягаемых проводников. Все описания в исходном шаблоне представляются в местной системе координат и нулевой ориентации. При размещении каждого экземпляра шаблона на плате к нему применяются операции переноса в заданную позицию Mv(X,Y), поворота на заданный угол Rot(θ) и зеркального отображения RflOX() и RflOY() относительно осей ОХ и OY соответственно как это показано на рисунке ниже.
![](https://habrastorage.org/webt/b4/io/lw/b4iolwfwqylv5l4rrxkwngdnrga.jpeg)
Описание пары контактов в исходном шаблоне сопряжения выполняется с использованием параметрической аппроксимации формы контактных площадок замкнутыми полигонами (для круглых площадок используются правильные восьмиугольники как это показано на рисунке).
![](https://habrastorage.org/webt/lr/rv/hl/lrrvhl60hmyntxs-tohk-1424ta.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/ow/ie/0s/owie0scjkdpnfdlenw14k7ggcga.jpeg)
В последующем изложении представляются только шаблоны базового подмножества, применение к которым операций преобразования RflOX() и RflOY() формирует полное множество шаблонов сопряжения.
Симметричные шаблоны сопряжения
Важным достоинством симметричных шаблонов сопряжения является то, что сопрягаемые участки проводников имеют одинаковую длину. Далее оцениваются следующие параметры каждого шаблона сопряжения:
- величина параметра настройки шаблона (λ) в обеспечение заданных правил проектирования
- максимальная длина сопрягаемых проводников (Lmax)
- разность длин (по модулю) сопрягаемых проводников (Δ)
![](https://habrastorage.org/webt/sj/0l/8d/sj0l8da16zl0dbxexfh_b4hb_14.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/el/ar/oh/elaroh184lpn0mbyr2tonfx8iii.jpeg)
Представленные ниже два симметричных шаблона сопряжения имеют ограниченное применение в тех случаях, когда перед парой контактных площадок непосредственно размещены какие-либо элементы печатного монтажа, препятствующие сопряжению проводников с минимизацией их суммарной длины.
![](https://habrastorage.org/webt/vv/9a/b5/vv9ab5vn9ljnrgtvnfar9jq4xy0.jpeg)
Асимметричные шаблоны сопряжения
При трассировке плат с высокой плотностью печатного монтажа применение симметричных шаблонов во многих ситуациях оказывается невозможным без нарушения проектных правил. По этой причине их множество расширяется асимметричными шаблонами, в которых сопрягаемые проводники имеют разную длину. Далее представляются левосторонние варианты асимметричных шаблонов сопряжения, правосторонние шаблоны получаются в результате применения применением к операции зеркального отображения относительно оси OY, например: A’B = RflOY(AB’).
![](https://habrastorage.org/webt/hb/ih/wa/hbihwadkf7wf_hajby-nomz-bzy.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/uz/fy/1u/uzfy1un8i4nhcaivvunxqfowsgi.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/fc/qg/a9/fcqga9vhzlat5jkaohcopypm5f4.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/2u/c5/nb/2uc5nbruig7zqyqroosojuuicl8.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/-8/hc/79/-8hc792ihg7ldf1zu8m8wfhqw_0.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/hz/yv/rx/hzyvrxpw0b4qlchv1r7q7b9qqag.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/xo/-6/mp/xo-6mpvocbw3ofvmexskdnjbqko.jpeg)
Представленное множество шаблонов сопряжения (включая также и производные, полученные в результате применения операций преобразования RflOX( ) и RflOY( ) к базовому набору) применимо к любой паре трассируемых контактов.
В процессе трассировки дифференциальной пары контактов для каждой точки сопряжения (определяемой текущей позицией курсора мыши или вычисляемой автоматически) выполняются следующие операции:
![](https://habrastorage.org/webt/ql/9s/el/ql9selm0xocp91xnfi3rwr-a6qy.jpeg)
Ниже представлены иллюстрации выбора шаблонов сопряжения по областям при трассировке пары контактов дифференциальной цепи.
![](https://habrastorage.org/webt/13/uh/33/13uh33cq_sogi2j_g4ttnd0wbwm.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/kx/6l/fo/kx6lfowds8d8v3nptchlss7osr0.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/2s/-i/ot/2s-iotqzh43egdfo0zb4gaxfyek.jpeg)
Посмотреть видео>>>
Несколько примеров прокладки соединений дифференциальных пар с использованием шаблонов сопряжения.
![](https://habrastorage.org/webt/o9/rv/hh/o9rvhhhbp00b5c_i8o4tncq9hiw.jpeg)
Краткие выводы
- Сопряжение проводников при трассировке дифференциальных пар требует применения специальных методов, обеспечивающих минимизацию суммарной длины несопряженных участков.
- Решение задачи сопряжения проводников выполняется как на “стороне” пары контактов – источников сигнала, так и на “стороне” контактов – приемников.
- Использование шаблонов сопряжения проводников не является единственным методом решения этой задачи, однако он обладает высоким быстродействием (за счет локализации анализируемой области монтажного пространства печатной платы) и обеспечивает выбор наиболее подходящих вариантов сопряжения проводников.
- Состав применяемых шаблонов сопряжения может быть расширен вариантами, обеспечивающими, при необходимости, компенсацию суммарной разности длин Сигнал+/Сигнал- соединений в дифференциальной паре – за счет принудительного увеличения длины короткого соединения пары.