差動ペア

PCB設計における差動ペアを理解する

差動ペアは、プリント基板上を並行して走る二本の銅配線からなり、大きさが等しく向きが逆の信号を伝えます。この伝送方式は、USB、HDMI、PCIe、イーサネット、LVDSを含む高速デジタルインターフェースの基本です。受信側はどちらか一方の絶対電圧ではなく二本の配線間の電圧差を読むため、差動伝送は本質的にコモンモードノイズを除去します。そのため、電気的に騒がしい環境でもはるかに強いのです。

適切な差動ペアの配線には、配線間隔、長さマッチング、インピーダンスの厳密な管理が必要です。二本の配線は、目標とする差動インピーダンス(インターフェース規格に応じて通常90Ωまたは100Ω)を保つため、経路全体で一定の間隔を維持しなければなりません。プラス側とマイナス側の長さがずれるとタイミングスキューが生じ、高いデータレートで信号品質を劣化させます。

なぜ差動ペアの制約をレイアウト中に守るべきなのか

従来のPCB設計の進め方では、差動ペアの違反はレイアウト後のデザインルールチェックで初めて見つかることが多く、コストのかかる手戻りを強いられます。現代の物理駆動型レイアウトツールは、生成の過程そのもので差動ペアの制約を守り、配線しながら適切な間隔、インピーダンス目標、長さマッチングを維持します。このアプローチにより違反が発生する前に防がれ、最初の検証で通る整ったレイアウトが得られて、設計サイクルが大幅に短縮されます。

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