El enrutamiento de pares diferenciales consiste en trazar dos pistas para señales complementarias. La separación entre pistas es importante, pero también lo son la impedancia, el retardo, la continuidad de la referencia y las transiciones a lo largo del canal, así como las restricciones de fabricación.

Comience por los requisitos de los dispositivos y la interfaz concretos. El desajuste temporal dentro del par es la diferencia de tiempo entre las dos pistas de un mismo par. La igualación entre pares se refiere a la temporización entre pares distintos u otras señales cuando la interfaz así lo requiere. Son restricciones diferentes y ninguna tiene un valor objetivo universal.

La longitud física de una pista tampoco equivale al retardo de propagación. La capa, el entorno dieléctrico y la geometría del trazado afectan al retardo, por lo que dos señales con longitudes iguales no necesariamente llegan al mismo tiempo. Las comprobaciones de longitud en el sistema CAD son útiles, pero no demuestran el desempeño del canal.

Para una revisión más amplia de la placa, consulte diseño de PCB de alta velocidad.

1. Defina el canal antes de enrutar

Identifique el transmisor y el receptor, la especificación de interfaz aplicable y las recomendaciones de diseño pertinentes de los dispositivos. Compruebe qué requisitos se aplican al trazado de la placa y cuáles abarcan más partes del canal, como los efectos del encapsulado o los conectores. No todas las interfaces de alta velocidad son diferenciales, y los requisitos de una interfaz no deben trasladarse a otra.

Reúna los siguientes datos del proyecto:

Objetivo de impedancia diferencial y tolerancia admisible, cuando se especifiquen.
Presupuesto de retardo o desajuste temporal dentro del par, incluidos sus límites de medición.
Requisitos de temporización entre pares, si la interfaz los establece.
Restricciones del canal relativas a pérdidas, reflexiones u otros criterios de integridad de señal, según corresponda.
Requisitos de conectores, salida de pines y transiciones entre capas.
Método de verificación y responsable de la aceptación.

Defina explícitamente los límites del presupuesto. Un trazado puede cumplir una regla de longitud aplicable solo a la placa y, al mismo tiempo, consumir margen de temporización en otras partes del encapsulado o del conector. Si la documentación del dispositivo proporciona un presupuesto de retardo pero las reglas del CAD utilizan longitud, establezca cómo tendrá en cuenta el proyecto las diferencias de propagación en lugar de considerar ambos valores intercambiables.

El documento de Texas Instruments High-Speed Layout Guidelines, SLLA414A, trata la impedancia, el desajuste temporal, las rutas de retorno y las transiciones mediante vías emparejadas. Sus recomendaciones deben interpretarse en el contexto de los dispositivos e interfaces que abarca, no adoptarse como valores universales.

2. Acuerde el apilado y la geometría de impedancia

Coordine con el fabricante el apilado previsto y la geometría de impedancia controlada antes de comprometerse con un trazado muy ajustado. La geometría pertinente incluye el ancho y la separación de las pistas, pero también depende de la disposición de las capas, las propiedades del dieléctrico, el cobre y las estructuras de referencia cercanas.

Documente qué configuraciones de capa están previstas para el par y qué geometría se aplica en cada una. Si el trazado cambia de capa, no suponga que repetir el mismo ancho y separación produce la misma impedancia. Consulte cómo se ajusta la geometría propuesta al apilado y al proceso de fabricación seleccionados, y resuelva las excepciones antes de liberar el diseño.

Un objetivo de impedancia diferencial no hace que todas las partes de un trazado sean equivalentes. Las salidas de pines, los pads, las vías y los conectores pueden crear discontinuidades locales incluso cuando las secciones rectas utilizan la geometría prevista. El proyecto debe decidir qué discontinuidades necesitan un análisis más detallado y qué evidencia resulta adecuada.

Consulte diseño de PCB con impedancia controlada y diseño del apilado de PCB para conocer las decisiones relacionadas con el apilado y la fabricación.

3. Elija las capas teniendo en cuenta la continuidad de la referencia

Seleccione las capas de enrutamiento teniendo en cuenta tanto la continuidad de la referencia como el espacio disponible. Un par enrutado sobre un plano de referencia estable proporciona a las corrientes de retorno una ruta más predecible que uno que cruza huecos, bordes de plano u otras interrupciones.

Para las conexiones de referencia de una misma red cerca de las transiciones, cosido mediante vías en PCB ofrece información relacionada sobre el diseño; aplíquela dentro de las restricciones de la interfaz y del aislamiento.

Las dos pistas interactúan entre sí, pero también con su entorno de referencia. Un acoplamiento estrecho no hace que el plano de referencia sea irrelevante. Si una de las pistas encuentra cerca un borde de plano, un vacío u otra estructura diferente de la que encuentra la otra, la asimetría resultante puede modificar los campos y contribuir a la conversión de modo diferencial a modo común. Un trazado diferencial no suprime automáticamente la EMI.

Revise el trazado con respecto a las formas reales de los planos en cada capa:

Compruebe si hay divisiones de plano, recortes, zonas de separación y bordes debajo o cerca del trazado.
Examine ambas pistas del par, incluidas las zonas de salida de pines y de transición.
Identifique los cambios de plano de referencia cuando el par cambia de capa.
Revise cómo puede pasar la corriente de retorno entre las estructuras de referencia.
Compruebe los trazados y las estructuras cercanas que podrían acoplarse al par.

Cuando un trazado se acerque a una barrera de aislamiento intencionada, siga el método de cruce especificado para el circuito y las restricciones de seguridad aplicables. No conecte dominios aislados con cobre o vías de cosido solo para que la referencia parezca continua.

Un cambio de capa puede ser razonable cuando resuelve un problema de congestión o de salida de pines. No es automáticamente neutro desde el punto de vista eléctrico: las vías de señal, los cambios de referencia y las secciones de vía no utilizadas pueden afectar al canal. Revise la transición completa en lugar de utilizar el recuento de vías como sustituto del análisis.

4. Inspeccione el trazado como un canal físico

Siga el par desde el transmisor hasta el receptor, incluidas las partes que pueden pasarse por alto fácilmente en un informe de longitudes.

Salidas de pines y conectores

Los pads de los dispositivos y las matrices de pines de los conectores suelen obligar a cambiar temporalmente la separación o la geometría. Compruebe si ambas pistas siguen una trayectoria comparable a través de la salida de pines y si la transición puede realizarse sin incumplir las separaciones de fabricación.

Una salida de pines corta y asimétrica puede ser inevitable. Registre su contribución al presupuesto de temporización y al presupuesto del canal en lugar de ocultarla con un ajuste posterior de longitud. Incluya las transiciones de entrada y salida de los conectores y cualquier contribución conocida del encapsulado dentro de los límites de revisión establecidos para el proyecto.

Acoplamiento, separación y señales perturbadoras cercanas

Utilice la geometría acordada para la capa cuando sea viable. Investigue las zonas extensas donde cambia la separación del par, una de las pistas discurre cerca de otra señal o el par se aproxima a una discontinuidad del plano. La preocupación no se limita al acoplamiento entre pares: una señal de conmutación o una estructura cercana puede afectar de forma diferente a las dos pistas.

No existe una separación universal que resuelva todos los casos. Tenga en cuenta las señales implicadas, la longitud del recorrido paralelo, la disposición de las capas y la evidencia de integridad de señal específica del proyecto al decidir si debe modificar un trazado o realizar un análisis adicional.

Curvas y asimetría local

Inspeccione las curvas para detectar diferencias entre las trayectorias de las dos pistas. Una serie de curvas puede acumular diferencias de longitud y retardo, especialmente cuando una pista sigue repetidamente la trayectoria más larga. Examine también los cambios locales de ancho y separación introducidos para rodear obstáculos.

Un desvío añadido para que el diseño parezca simétrico puede introducir discontinuidades o consumir espacio útil de enrutamiento. Compruebe la geometría y la temporización resultantes frente a los requisitos del proyecto.

Vías y transiciones de referencia

Examine las dos vías de señal como una estructura: su ubicación, el cobre de referencia circundante, la transición de la corriente de retorno y las partes no utilizadas de las vías son importantes. Si la señal pasa entre capas con distintos planos de referencia, determine si la conexión de referencia disponible permite la ruta de retorno prevista. El enfoque correcto depende del apilado y de las restricciones eléctricas del proyecto.

La longitud no utilizada de una vía puede actuar como una rama residual o stub y afectar al canal. Registre las restricciones aplicables a los stubs y cómo se cumplirán o verificarán; no suponga que una construcción de vía concreta es adecuada solo porque ambas pistas del par utilizan el mismo número de vías.

El documento de Texas Instruments Differential Pairs: Four Things You Need to Know about Vias aporta información adicional para revisar las estructuras de vías. Sus recomendaciones deben aplicarse teniendo en cuenta el apilado real y los requisitos del canal.

5. Ajuste la temporización donde resuelva el problema

Primero localice dónde se origina la diferencia de retardo del par: en la salida del encapsulado, las curvas, las transiciones entre capas, el trazado hacia el conector u otra sección. Después compare la diferencia acumulada con el presupuesto aplicable dentro del par.

Si es necesario corregirla, evalúe dónde puede añadirse la corrección sin crear un problema mayor. Una sección de ajuste modifica algo más que la longitud: su geometría puede afectar al acoplamiento, la impedancia local y la proximidad a otras señales. Manténgala compatible con las reglas de fabricación acordadas e inspecciónela en el contexto del plano de referencia circundante.

Evite añadir desvíos solo para que las longitudes indicadas por el CAD sean idénticas. Si las pistas utilizan capas o estructuras diferentes, la trayectoria físicamente más larga puede no ser la más lenta. Utilice comprobaciones que tengan en cuenta el retardo u otros análisis adecuados para el proyecto cuando esta distinción sea importante.

La igualación entre pares es una revisión independiente. Si una interfaz requiere la alineación temporal de varios pares, aplique ese requisito entre los extremos correctos después de abordar el desajuste propio de cada par. No imponga la igualación entre pares en un canal que no la requiera.

Revisión hipotética de un trazado: desajuste en la salida de pines y cambio de capa

Ejemplo hipotético: Un diseñador enruta un par desde un dispositivo cuya disposición de pads hace que una de las pistas siga una trayectoria de salida más larga. Poco después, ambas pistas cambian de capa para llegar a un conector. El informe del CAD muestra un desajuste, pero por sí solo no identifica la diferencia total de retardo del canal.

Una revisión útil seguiría estos pasos:

Localizar el desajuste temporal. Compare las dos trayectorias de salida y el trazado después de las vías. Compruebe si las curvas o las diferencias de longitud de trayectoria a través de la transición aumentan el desajuste inicial. Incluya las contribuciones del encapsulado o del conector si están dentro del presupuesto especificado.
Inspeccionar la transición. Revise las vías de señal emparejadas, las partes no utilizadas de las vías y los planos de referencia de ambas capas de enrutamiento. Compruebe si hay vacíos o zonas de separación en el plano alrededor de la transición que puedan interrumpir el flujo de la corriente de retorno.
Considerar cambios viables para la fabricación. El diseñador podría equilibrar parte de la salida de pines, ajustar la ubicación de las vías o trasladar la transición a un lugar con una referencia más continua. Cada opción debe seguir siendo compatible con las separaciones entre pads, la geometría de las capas y las restricciones de fabricación.
Decidir si sigue siendo necesario un ajuste. Si el trazado revisado sigue fuera del presupuesto de desajuste temporal, añada únicamente la corrección necesaria en un lugar adecuado. Compruebe la geometría del ajuste y su efecto sobre el trazado circundante.
Validar el canal revisado. Vuelva a comprobar el retardo o la longitud mediante el método acordado para el proyecto, revise los aspectos relativos a la impedancia y la transición, y asigne a un responsable cualquier análisis o medición necesarios.

Mover una vía puede mejorar el entorno de referencia, pero alargar la salida de pines; equilibrar la salida puede mejorar la temporización, pero obligar a reducir la separación. Compare las revisiones tanto con los requisitos del canal como con los de fabricación, utilizando la evidencia de verificación del proyecto.

Tabla de decisiones para la revisión del trazado

Problema observado	Posible problema físico	Revisión práctica	Evidencia requerida por el proyecto
El par cruza un hueco en el plano	La ruta de la corriente de retorno puede interrumpirse; las dos pistas pueden encontrar entornos diferentes	Inspeccione las formas reales de la referencia y considere modificar el trazado o utilizar una transición de capa diferente	Apilado y archivos de fabricación de los planos, además del análisis o la validación del canal que requiera el proyecto
Una pista sigue una salida de pines más larga	La diferencia de retardo dentro del par comienza antes del trazado principal	Identifique dónde surge el desajuste; considere equilibrar las trayectorias antes de añadir un ajuste	Presupuesto de desajuste temporal definido, límites de medición y evaluación del retardo o la longitud
La separación cambia cerca de un conector	El acoplamiento y la impedancia locales pueden diferir de los del trazado recto	Revise la transición del conector, la geometría de los pads y las opciones viables de separación	Recomendaciones del conector y del dispositivo, geometría acordada y verificación aplicable del canal
El par cambia de capa mediante vías	La discontinuidad de la transición, el cambio de referencia o los stubs de las vías pueden afectar al canal	Inspeccione conjuntamente ambas vías, la transición de referencia y las partes no utilizadas de las vías	Apilado, construcción de las vías, restricciones de stub y cualquier análisis o medición necesarios
Recorrido paralelo largo cerca de otra señal	El acoplamiento puede perturbar el par o afectar de forma desigual a sus pistas	Examine la señal vecina, la longitud del recorrido y las alternativas de enrutamiento disponibles	Criterios aplicables de ruido o integridad de señal y evaluación específica del proyecto
Las longitudes del CAD coinciden, pero las capas son diferentes	La igualdad de longitud puede no significar igualdad de retardo de propagación	Compruebe el retardo dependiente de la capa y las contribuciones de las transiciones	Modelo de retardo u otra verificación de temporización acordada en los extremos especificados

Estas observaciones justifican una investigación; que causen o no un fallo depende de la interfaz, la geometría y el margen restante del canal.

Entrega y validación

Una entrega útil permite al fabricante y al responsable de validación del proyecto entender tanto la construcción prevista como las decisiones pendientes. Incluya:

Canal e interfaz: transmisor y receptor, documentos aplicables del dispositivo y la interfaz, límites del canal y detalles pertinentes de los conectores.
Apilado y referencia: capas de enrutamiento, planos de referencia, hipótesis sobre los materiales y cambios de referencia identificados.
Impedancia: objetivo y tolerancia, cuando se requieran, así como el método de ensayo especificado y el responsable de la aceptación.
Geometría: ancho y separación previstos por capa, excepciones en las salidas de pines y cualquier ajuste de fabricación acordado.
Transiciones: estructuras de vías emparejadas, consideraciones sobre la transición de referencia y restricciones aplicables a los stubs.
Temporización: presupuesto de desajuste temporal o retardo dentro del par, cualquier requisito entre pares, extremos y método utilizado para evaluarlos.
Excepciones: desviaciones pendientes relativas a planos, separaciones, geometría o fabricación, con un responsable de la decisión.
Validación: quién realizará cada análisis, inspección o medición requeridos y cómo se compararán los resultados con los requisitos del proyecto.

Resuelva las excepciones planteadas por el fabricante teniendo en cuenta los requisitos eléctricos antes de aprobar los cambios. Un ajuste geométrico más fácil de fabricar puede modificar la impedancia prevista; un cambio de trazado que mejore la simetría puede introducir otro problema en la transición.

Cuando los cupones de impedancia y la reflectometría en el dominio del tiempo formen parte del plan de ensayos acordado, defina qué representa el cupón y quién interpreta el resultado. Un cupón puede aportar evidencia sobre la estructura de fabricación ensayada, pero no demuestra que el canal completo enrutado o el producto terminado cumplan sus requisitos. Consulte cómo interpretar un informe TDR de un cupón de impedancia.

Para solicitar un presupuesto de fabricación, envíe a APTPCB los detalles del proyecto: requisitos de la interfaz, apilado, objetivos y tolerancias de impedancia, detalles del trazado y ensayos solicitados. También puede contactar con APTPCB para confirmar las opciones disponibles de verificación de impedancia y los entregables. La guía de archivos Gerber explica la entrega de los archivos de fabricación.