differentiell geführte Leitungen (PCB) als Single Ended Leitungen nutzen (Probleme?)

[Diff-Man (Gast)]

Hi,

spricht etwas dagegen differentiell geführte Leitungen (PCB) als Single 
Ended Leitungen zu verwenden, oder sind dann unschöne Crosstalk-Effekte 
zu erwarten, weil die Diff-Pairs sehr eng nebeneinander geführt werden?

Hintergrund: FMC-Stecker auf FPGA-EVAL-Board sind in der Regel immer 
differentiell angeschlossen. Es gibt aber Anwendungen wo man die 
Leitungen als SE definiert und benutzt.

Frequenzbereich: etwa 100MHz (Grundfrequenz)

[Falk B. (falk)]

@ Diff-Man (Gast)

>spricht etwas dagegen differentiell geführte Leitungen (PCB) als Single
>Ended Leitungen zu verwenden, oder sind dann unschöne Crosstalk-Effekte
>zu erwarten, weil die Diff-Pairs sehr eng nebeneinander geführt werden?

Meinst du 2 single ended Signale auf einer differentiellen Leitung? Das 
ist keine gute Idee. Wenn, dann muss man eine der Leitungen beidseitig 
auf GND legen, ggf. auch nur durch die Ios des FPGAs.

>Frequenzbereich: etwa 100MHz (Grundfrequenz)

Das wird nix. Das ist schon echte HF und sollte dementsprechend 
behandelt werden.

[Diff-Man (Gast)]

Hi Falk!

Danke für die Rückmeldung. Wie schaut es aus wenn die Leiterbahnen sehr 
dünn gewählt werden (beispielsweise 90µm) und der Abstand der Leitungen 
(unter Einhaltung der 100 OHM diff) dann aber 290µm?

Gefühlsmäßig würde ich sagen, dass auch SE-Leitungen mit einem ähnlichen 
Mindestabstand zueinander geroutet werden (Nach Daumenregel dürfte es 
hinkommen).

Im Anhang sieht man die Leitungen des EVAL-Boards. Leiterbahnbreite 90µm 
und Abstand 290µm...

Die Gesamtlänge der Leitungen sollte 10cm nicht überschreiten (eher 
weniger)

[Falk B. (falk)]

@Diff-Man (Gast)

>Danke für die Rückmeldung. Wie schaut es aus wenn die Leiterbahnen sehr
>dünn gewählt werden (beispielsweise 90µm) und der Abstand der Leitungen
>(unter Einhaltung der 100 OHM diff) dann aber 290µm?

Und wie weit ist die Masselage entfernt? Denn die braucht eine 
HF-taugliche single ended Leitung.

>Gefühlsmäßig würde ich sagen, dass auch SE-Leitungen mit einem ähnlichen
>Mindestabstand zueinander geroutet werden (Nach Daumenregel dürfte es
>hinkommen).

Sicher, aber dann ist die nächste Masselage das Bezugspotential.

>Im Anhang sieht man die Leitungen des EVAL-Boards. Leiterbahnbreite 90µm
>und Abstand 290µm...

Hmm.

>Die Gesamtlänge der Leitungen sollte 10cm nicht überschreiten (eher
>weniger)

Da ist für 100 MHz und die daraus unvermeidlich kurze Anstiegszeit von 
vielleicht 1-2ns schon sehr lang, siehe Wellenwiderstand.

[Diff-Man (Gast)]

hmm...

Der Lagenaufbau vom EVAL-Board ist so wie angehängt. Ich werde quasi das 
EVAL-Board als Vorlage für ein eigenes Design verwenden. Ich möchte 
ebenfalls einen FMC-Stecker verwenden, der jedoch SE als auch DIFF 
kompatibel sein sollte (Da ich leider Karten aufstecken möchte, die 
beides verwenden).

Mal gucken. Ev. kann ich die Längen auf meinem Design noch erheblich 
verkürzen, um das Ganze zu entschärfen.

Jede Signallage wird nach oben und unten mit einer Fläche GND versehen 
(so wie beim EVAL-Board auch).

[Diff-Man (Gast)]

Nachtrag: Sorry für die schlechte Bildqualität vom Anhang. Es ist etwas 
dunkel geraten und ich hoffe man erkennt was. Grundsätzlich ist das 
Dielektrikum 4 bzw. 4,5mil dick (so groß wäre also der Abstand von 
Signallage zur GND-Lage).

[Falk B. (falk)]

@ Diff-Man (Gast)

>Dielektrikum 4 bzw. 4,5mil dick (so groß wäre also der Abstand von
>Signallage zur GND-Lage).

Naja, 4 mil sind 100um in gescheiten Einheiten, bei 90um Signalabstand 
könnte das vielleicht halbwegs funktionieren. Probier's aus und miss es 
nach, vor allem das Übersprechen.

[Engel :-x (Gast)]

Hi Diff-Man!
Wenn das Design richtig gemacht ist, dann definiert sich
die Impedanz der einzelnen N/P Leitungen massgeblich durch
ihren Abstand zur naechsten Massenflaeche (Stripline oder
Microstrip) und nicht (wie bei twisted pair) zum inversen
Leiter. Dies hat den Vorteil, dass das N/P Paar auch mal
getrennt zueinander verlaufen kann, wenn ein Via im Weg ist
oder so. Ich habe meine Boards so geroutet und auch bereits
die 100 Ohm differentiellen Signale ohne Probleme als
(dann 50 Ohm) single-ended genutzt.

Erhellend war fuer mich, auch in Bezug auf die notwendige
Betrachtung als analoges Signal, die Falk anspricht, das Buch
"High Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic"
von Howard Johnson (es gibt noch eine vereinfachte Version,
die kann ich nicht so empfehlen). Das Buch ist sicherlich
in der naechstgelegenen UB einsehbar- Kaufpreis ist
relativ hoch.

Viel Erfolg!