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DesignSpark PCB V11.0.0Differenzialpaare werden in vielen Bereichen des Elektronikdesigns eingesetzt, um das abgestrahlte Rauschen zu reduzieren und die Anfälligkeit für externe Störsignale zu verringern. Sie werden auch bei hohen Frequenzen verwendet, um die Signallaufzeiten über die beiden Leiterbahnen abzugleichen und das übertragene Signal am Empfangspunkt genau zu reproduzieren.
Hinweis: Differentialpaare sind nur mit einem kostenpflichtigen DesignSpark Engineer-Abonnement verfügbar.
Bei niedrigen Frequenzen werden Differenzialpaare häufig für Audio- und Analogsignale verwendet, wobei die Anforderungen an die Leiterbahnen auf die Bereitstellung einer dicht beieinander liegenden Sende- und Rückleitung mit minimalen Anforderungen an die Leiterbahnlängenanpassung oder den Leiterbahnabstand zur Impedanzanpassung reduziert werden.
Bei höheren Frequenzen für digitale Anwendungen wie USB-Signale sind die maximale Leiterbahnlänge und die Leiterbahnanpassung von größerer Bedeutung, wobei Anforderungen an die zulässige „Skew“ (Differenz der Leiterbahnlänge) und den Leiterbahnabstand, der die Impedanz steuert, festgelegt werden.
DSPCB Engineer stellt die erforderlichen Werkzeuge zur Verfügung, um den Routing-Prozess zu erleichtern und die oben genannten Anforderungen zu erfüllen und Berichte über die Länge der Leiterbahn zu erstellen.
Im folgenden Video werden die unten beschriebenen Schritte veranschaulicht.
Einfaches Differenzialpaar
Hier werden die Einstellungen für ein einfaches Differenzialpaar und der Routing-Prozess veranschaulicht.
In diesem Beispiel geht es um die einfacheren Anforderungen im Niederfrequenzbereich, aber auch um den ersten Schritt für Anwendungen mit höheren Frequenzen.
Ein Differenzialpaar von einem Steckverbinder zu einem Messgeräteverstärker.
Das Differenzialpaar erfordert Netznamen, um darauf hinzuweisen, dass sie ein Paar bilden.
Der Netzname setzt ein Suffix _P und _N (oder _p und _n) voraus und wird dann automatisch als Differenzialpaar bezeichnet.
Der Schaltplan enthält nun die erforderlichen Angaben für die Weiterverarbeitung auf der Leiterplatte.
Erstellen Sie eine „Net Class“ (Netzklasse) für das Differenzialpaar
Mit dem einfachen Beispiel im PCB Editor müssen wir nun das Differenzialpaar als Net Class (Netzklasse) einrichten. Drücken Sie <Shift>+ T und wählen Sie die Registerkarte Net Classes (Netzklassen) aus und klicken Sie auf die Schaltfläche <ADD> (Hinzufügen).
Das neue Formular, das sich öffnet, enthält zahlreiche Optionen, die konfiguriert werden können. Diese werden später im „Teil 2“ erörtert, wo wir uns mit einem fortgeschritteneren Entwurf befassen. Hier müssen wir jedoch nur einen Namen für die Net Class (Netzklasse) hinzufügen.
Nachdem die Net Class (Netzklasse) hinzugefügt wurde, müssen wir die Option aktivieren, um sie zu einem Differenzialpaar zu machen.
Die Netze, die als Differenzialpaare verwendet werden, können nun aktualisiert werden, um diese neue Klasse zu verwenden.
Fügen Sie die Differenzialnetze zur Net Class (Netzklasse) hinzu
Wählen Sie in der Entwurfstechnik die Registerkarte „Nets“ (Netze) aus.
Ändern Sie für jedes der Differenzialpaar-Netze die Klasse von „Signal“ in unsere neue Klasse „Diff Pair“.
Das Differenzialpaar kann nun auf der Leiterplatte verlegt werden. Schließen Sie das Fenster Entwurfstechnik.
Differenzialpaar-Konfiguration
Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eines der Netze des Differenzialpaares und wählen Sie die Option zum Routen als Paar.
Der Mauszeiger ändert sich nun und zeigt an, dass Sie ein Differenzialpaar routen.
Sie können nun fast mit dem Routing des Differenzialpaares beginnen.
Empfohlene Einstellungen für Differenzialpaare
Im Rahmen dieses einfacheren Beispiels, empfehlen wir die folgenden Einstellungen, um die Aufgabe zu vereinfachen.
Vergewissern Sie sich dabei zuzunächst, dass im Differenzialpaar-Modus, der durch den Mauszeiger angezeigt wird, die folgenden Einstellungen aktiviert sind.
„Allow Pick Connection“ (Pick-Verbindung zulassen) ist erforderlich, um die Auswahl des Netzes zu starten.
Mit „Route Connection At Pair Start“ (Routenverbindung am Paaranfang) wird die Differenzial-Leiterbahn an den ersten Pads des Differenzialpaars gestartet.
In der Menüleiste wird eine ähnliche Einstellung empfohlen, Settings - Preferences <PCB Tracks> ist „Double Click to End Track“ (Doppelklick zum Beenden der Leiterbahn) einzustellen, und dann „Complete Track“ (Leiterbahn vervollständigen) auszuwählen.
Sie sind nun in der Lage, eine einfache Differenzialpaar-Leiterbahn zu erstellen.
Differenzialpaar-Routing
Klicken Sie per Doppelklick auf eines der Differenzialpaarnetze und klicken Sie auf die Stelle, an der die Hauptdifferenzialpaar-Leiterbahn beginnen soll. Die Verbindung wird dann automatisch vom „pair start“ (Paarstart) aus hergestellt.
Legen Sie die einzelnen Segmente aus und klicken Sie, um sie zu platzieren und die Richtung zu ändern. Vervollständigen Sie das Leiterbahn-Layout und klicken Sie per Doppelklick, wenn Sie sich den Endpads nähern, um die Leiterbahnen zu vervollständigen.
Differenzialpaar-Bericht
Unter Ausgabe – Berichte können Sie auch einen Bericht „Differential Pair“ (Differenzialpaar) erstellen, der die Länge der Leiterbahnen und die Unterschiede (Skew) angibt.
Erweitertes Differenzialpaar-Routing
In Teil 2 wird das Routing für Hochfrequenzdesigns behandelt, bei denen Leiterbahnlänge und Skew wichtige Parameter sind. Dabei wird ein Schutzband aus anderen Leiterbahnen eingerichtet, in dem der Leiterbahnabstand, die Leiterbahnlänge und der Skew in „Echtzeit“ angezeigt werden.
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