Brukar ni längdanpassa differensledare?

[DanielM]

Nyfiken fråga!

Brukar ni längdanpassa differensledare?
Jag har alltid hört att man ska göra detta för höga frekvenser. D+ och D- skall alltid vara lika långa och man ska utöka vid böjar.

Men enligt Rick Hartley från Altium som verkar ha offrat hela sitt liv för forskning inom differensledare. Han säger att man behöver inte längdmatcha differensledare då behovet inte finns.

Han säger själv att han har dragit differensledare vid 10 GHz utan att ha längdanpassat ledarna och det har alltid fungerat alla gånger.

Håller ni med?

Se vid 45:00

[E Kafeman]

Tror de flesta som håller på med detta vet vad som händer, kan teorin.
Rick's påstående belyser inte helheten.
Tror inte Rick Hartley jobbar för Altium. Han var nog inbjuden konsult-talare och det var nog Altium-folk liksom många vanliga konstruktörer som ansåg att han pratade i nattmössan. Vilseledande genom att inte ta upp hela anledningen till varför man längdmatchar.

Vad Rick säjer är att det går bygga fungerande hus även om plankorna man sågar avviker någon centimeter hit och dit.

crooked house.png

Jo så är det inom vissa marginaler. Men man offrar annat. Det kan bli både dragit och läckande och dörrar och fönster går kanske inte stänga.
Jag skulle tveka att anlita snickare med det resonemanget.

Längdmatchning beror på vilken typ av signal hur känsligt det är att den ska fungera under olika svåra kringmiljöer och åldring av gränsparametrar.
Det finns många aspekter förutom att tids-differens mellan ledarna korrumperar data.
Det beror även på hur bra impedansmatchningen är för t.ex. ett ledarpar dragna på PCB.
Ledarlängden ger i sej impedanstransformation och man kan få två ledare med olika impedans i slutänden vilket inte är så lyckat. Man brukar ha som riktmärke max 0.1 våglängd längd-differens,
Absolut värsta längd-differensen är en halv våglängd i det avseendet.
För FR4 10GHz är det 15*0.66= 10 mm.
Problemet maxas varje hel våglängd.
Det är absoluta fakta, inget som Rick kan påverka även om han sluppit undan problem i sina designjobb.

Det kan fungera vid större avvikelse men det är bara dåligt designjobb att tulla på olika gränser. Det kan fungera vid provkörning och sedan fallera när kretsen och dess omgivande parametrar åldrats några år.

För att nämna några andra parametrar, EMI-problematiken kan öka drastiskt för mindre avvikelser och olika ledarlängd ger olika förluster, i synnerhet om man kör 10GHz data på FR4, vilket i sej kan vara en utmaning utan att addera andra vingel-toleranser.

Rick försöker få det att framstå som att mindre avvikelser har ingen betydelse, vilket visar mer var han lägger sin kvalitetsribba vid design-jobb och kanske vilseleder andra till att tro att det alltid är sant.
Eller tyckte han det blev klatschigare att förenkla med detta uttalande utan att nämna något om andra egenskaper som kan påverka så att längdavvikelsen gör att man kommer några steg närmare att data inte alltid överförs felfritt.

Varje extra längd, varje dåligt matchad längd ger sämre marginaler för att kretsen ska fungera.

Det är en avvägning hur man fördelar en viss mängd design-jobb. Att överdriva energin man lägger på ett del-problem för att sedan inte hinna med andra parametrar är ofta dåligt koncept. Ofta vet man vad som är mer kritiska delar i en krets och på vilket sätt de är kritiska och därför lägger mer jobb på dessa delar.
Skulle det kräva stora offer på andra delar av designen om man försöker hålla två ledare lika långa för något där man vet att marginalerna är goda ändå, så kan man lägga mindre energi på den delen.

Nu är det ändå ytterst ovanligt att det är svårt att organisera routing från D+ och D- från ett chip till ett annat chip då det ändå är pinnar jämte varandra som ska förbindas till ett pinpar på ett annat chip. Annan routing behöver inte offras för att dra dessa två ledare lika vettigt som man kan dra en ledare mellan dessa pinnar.

Har man möjlighet så gör man så bra designjobb som möjligt även om kretsen eventuellt kan fungera vid sämre marginaler.
Det är inget fel att designa något som har bättre funktionsmarginaler.
Inte se till helheten, det är mer Ricks förenklade standard. Det finns inget som stödjer att mindre längdskillnad skulle sakna betydelse.

Mer korrekt är att längdskillnad alltid ger sämre marginaler. Data-överföringen fungerar då endast om det finns marginaler att utnyttja. Marginaler kan minska i efterhand bl.a av ålder, degenererande kretsar eller elektriskt störig miljö.

[Supersnigel]

Riktigt bra och utförligt svar.
Brukar i slutändan spara tid att lägga några minuter extra på regler för diffpar och längdmatchning och kanske slippa dagar extra i EMC-labbet eller i värsta fall extra iterationer på designen.

[DanielM]

Men allt beror på hur start och slut ser ut?

Om man har en lång S diff så tjänar man inget på att införa extra längder. Risken är stor att man saboterar impedansen.

Om man har en U diff och sedan ett uppochner vänt U så kommer diffen vara lika långa. Dock inte överallt.

[TomasL]

Nej, du saboterar inte impedansen.
Eftersom du inte själv kan få impedansen korrekt, så måste din korttillverkare fixa det.

[DanielM]

Om vi tar till exempel detta.
Man kommer aldrig få perfekt exakt lika långa. Om man skulle få en symmetrisk differentialledare så kommer ändå hastigheterna vara snabbare i den innersta böjen.

Denna ledare är:

• DDR0_DQS0_N 31.586 mm
• DDR0_DQS0_P 31.545 mm

Väldigt nära varandra. Helt klart godkänt. Men frågan är...blir den bättre om jag gör lite extra böjar vid innersta böjarna?

Skärmbild 2025-08-19 202808.png

Denna är betydligt mycket bättre. Men ändå så kvarstår fortfarande att vid U-börjarna så kommer hastigheten alltid vara snabbare i den innersta kretsen.

• DDR0_DQS0_N 31.562 mm
• DDR0_DQS0_P 31.545 mm

Skärmbild 2025-08-19 204147.png

[DanielM]

Tror de flesta som håller på med detta vet vad som händer, kan teorin.
Rick's påstående belyser inte helheten.
Tror inte Rick Hartley jobbar för Altium. Han var nog inbjuden konsult-talare och det var nog Altium-folk liksom många vanliga konstruktörer som ansåg att han pratade i nattmössan. Vilseledande genom att inte ta upp hela anledningen till varför man längdmatchar.

Vad Rick säjer är att det går bygga fungerande hus även om plankorna man sågar avviker någon centimeter hit och dit.
crooked house.png
Jo så är det inom vissa marginaler. Men man offrar annat. Det kan bli både dragit och läckande och dörrar och fönster går kanske inte stänga.
Jag skulle tveka att anlita snickare med det resonemanget.

Längdmatchning beror på vilken typ av signal hur känsligt det är att den ska fungera under olika svåra kringmiljöer och åldring av gränsparametrar.
Det finns många aspekter förutom att tids-differens mellan ledarna korrumperar data.
Det beror även på hur bra impedansmatchningen är för t.ex. ett ledarpar dragna på PCB.
Ledarlängden ger i sej impedanstransformation och man kan få två ledare med olika impedans i slutänden vilket inte är så lyckat. Man brukar ha som riktmärke max 0.1 våglängd längd-differens,
Absolut värsta längd-differensen är en halv våglängd i det avseendet.
För FR4 10GHz är det 15*0.66= 10 mm.
Problemet maxas varje hel våglängd.
Det är absoluta fakta, inget som Rick kan påverka även om han sluppit undan problem i sina designjobb.

Det kan fungera vid större avvikelse men det är bara dåligt designjobb att tulla på olika gränser. Det kan fungera vid provkörning och sedan fallera när kretsen och dess omgivande parametrar åldrats några år.

För att nämna några andra parametrar, EMI-problematiken kan öka drastiskt för mindre avvikelser och olika ledarlängd ger olika förluster, i synnerhet om man kör 10GHz data på FR4, vilket i sej kan vara en utmaning utan att addera andra vingel-toleranser.

Rick försöker få det att framstå som att mindre avvikelser har ingen betydelse, vilket visar mer var han lägger sin kvalitetsribba vid design-jobb och kanske vilseleder andra till att tro att det alltid är sant.
Eller tyckte han det blev klatschigare att förenkla med detta uttalande utan att nämna något om andra egenskaper som kan påverka så att längdavvikelsen gör att man kommer några steg närmare att data inte alltid överförs felfritt.

Varje extra längd, varje dåligt matchad längd ger sämre marginaler för att kretsen ska fungera.

Det är en avvägning hur man fördelar en viss mängd design-jobb. Att överdriva energin man lägger på ett del-problem för att sedan inte hinna med andra parametrar är ofta dåligt koncept. Ofta vet man vad som är mer kritiska delar i en krets och på vilket sätt de är kritiska och därför lägger mer jobb på dessa delar.
Skulle det kräva stora offer på andra delar av designen om man försöker hålla två ledare lika långa för något där man vet att marginalerna är goda ändå, så kan man lägga mindre energi på den delen.

Nu är det ändå ytterst ovanligt att det är svårt att organisera routing från D+ och D- från ett chip till ett annat chip då det ändå är pinnar jämte varandra som ska förbindas till ett pinpar på ett annat chip. Annan routing behöver inte offras för att dra dessa två ledare lika vettigt som man kan dra en ledare mellan dessa pinnar.

Har man möjlighet så gör man så bra designjobb som möjligt även om kretsen eventuellt kan fungera vid sämre marginaler.
Det är inget fel att designa något som har bättre funktionsmarginaler.
Inte se till helheten, det är mer Ricks förenklade standard. Det finns inget som stödjer att mindre längdskillnad skulle sakna betydelse.

Mer korrekt är att längdskillnad alltid ger sämre marginaler. Data-överföringen fungerar då endast om det finns marginaler att utnyttja. Marginaler kan minska i efterhand bl.a av ålder, degenererande kretsar eller elektriskt störig miljö.

Fast jag tolkar han som att han säger att det är inte lika kritiskt som böckerna säger att det är.
Han sa att dom hade utfört tester för att kolla vart går gränserna.

Om du har någon data att presentera så vore detta kanon

[MiaM]

Sidospår: Detta med teori och praktik påminner mig om detta med anpassning i allmänhet. Det framförs alltid att båda ändar ska vara impedansanpassade, men egentligen så ifall kabel och mottagare är perfekt anpassade så spelar sändarens impedans ingen roll med avseende på reflektioner. Det är därför det funkar när nån som inte vet "hur man ska göra" har parallellkopplat två TV-antenn-kablar i samma kontaktdon anslutet till RF ut på digitalboxen eller liknande. Man tappar ett par dB signalstyrka pga missanpassningen, men med tanke på att våglängden är flera decimeter så spelar missanpassningen de få centimetrarna mellan signalkälla och missanpassning ingen direkt roll för bildkvaliteten. Om det däremot varit signalen direkt från en antenn så är det såklart en annan sak; om jag fattat rätt så kan lober osv påverkas av fel impedans.

[DanielM]

Ramminme då?

[E Kafeman]

Sidospår: Detta med teori och praktik påminner mig om detta med anpassning i allmänhet. Det framförs alltid att båda ändar ska vara impedansanpassade, men egentligen så ifall kabel och mottagare är perfekt anpassade så spelar sändarens impedans ingen roll med avseende på reflektioner.

Det var ett mycket urspårat sidospår.
Vet man inget om impedans-teori kanske man inte ska påstår helt galna saker utan att kolla en bra bok först.
Om jag nu påstår motsatsen, vem ska de som läser här då tro på?
  
Impedansmässig missanpassning inträffar ALLTID i en slinga där olika impedanser möts.
Om källporten har en impedans om 100+j0 Ohm och den matar en ledning om 50 Ohm karaktäristisk impedans som avslutas i en mottagande port med impedansen 50+j0 Ohm så skulle det enligt din mening inte uppstå någon reflektion.
Reflektionen uppstår när källporten möter den mismatchade ledaren om 50 Ohm. Förlusterna och mottagen signaldegraderingen blir lika stor oavsett var utefter mottagande kedjan ett visst mått av mismatch inträffar.
 
När man räknar på reflektions-förlusterna finns det ibland en situation där hyggligt bra matchning inte är optimalt ur effektförlust-synpunkt.
Det kan inträffa när källimpedansen är 0+j0 eller med negativ resistans.
Absolut 0+j0 Ohm källimpedans är ett ideal-värde som inte förekommer men bra nära är möjligt.
Om källimpedansen är noll kan det inte uppstå effektförlust i källan oavsett impedans i matade nätet.
Det är dock rätt mycket överkurs här.
 

Fast jag tolkar han som att han säger att det är inte lika kritiskt som böckerna säger att det är.
Han sa att dom hade utfört tester för att kolla vart går gränserna.

 
Som jag skrev pratar han i nattmössan. Han har säkert gjort tester där det fungerade trots att man tullat på toleranserna fast han redovisar inte hela bilden. Kanske för att han inte begriper bättre men jag tror att han bar ville göra ett klatchigt nummer av det utan att ta upp alla aspekter.
 
Tullar man på toleranser, det är så även om man är hussnickare, det blir skevare för varje gång man adderar felen. Det får du försöka begripa, det kräver lite logiskt tänkande för att förstå
 
En av de bättre sakerna är om du kan lära dej mäta och räkna resulterande mätningar så blir det inte bara tomma tumregler vad dålig kalkyl och onoggrannhet kostar.
 
Att mäta t.ex. impedanser på ett fungerande och aktivt kretskort är lärorikt om man verkligen vill förstå lite mer sidor av problemet än vad talaren tog upp. Man kan räkna med penna och papper också eller använda simulatorverktyg där man kan experimentera med parametrarna.
 
En sak som många nybörjare missar, specifikt när det är mer tidskritiska bussar med hög frekvens och balanserade aktiva kretsar är att de läser databladet att källportens impedans kanske ska vara 50 Ohm eller kanske specas den balanserat som exempelvis 2x60 Ohm. Vilken impedans är då optimalt på ditt kretskorts tranmissionsledare?
Beror givetvis även på mottagarportens impedans. Den står inte sällan även den i databladet som en enkel siffra, antag 50 Ohm som enkelt exempel. Det är ofta samma problematik för det mesta som kallas impedans. Högtalare anges kanske till 4Ohm vilket vvid uoomätning är långt från sanningen, Samma med antenner och SAW-filter som ofta i databladet beskrivs som 50 Ohm trots att korrekta kurvor kan betyda mycket för prestandan.
Här ett sk. 50 Ohm SAW-filter där man visar hur impedansen verkligen ser ut: https://www.golledge.com/media/2805/mp07388.pdf
 
Samma gäller för enkla spolar och kondensatorer, dess reaktans och resistans är högst frekvensberoende. En induuktor som används i ett nät över dess resonansfrekvens har tappat alla induktor-egenskaper och är mer ekvivalent med ett motstånd i serie med en kondensator. Det är egenskaper man kan nyttja till sin fördel. Det kan ge den impedansegenskapen man söker.
  
Det är inte helt fackmässigt av många fabrikanter att ange impedans med enkel och ordentligt avrundad resistans och inget nämna om frekvens. Impedans är ett komplext värde. Man måste specificera både resistansen och reaktansen. Reaktanssiffran är vanligen ett imaginärt tal vilken brukar markeras med ett "i" eller "j". Det värdet kan vara både positivt och negativt. Resistansen är nästan alltid positiv även det finns källportar med negativ resistans.
 
Allra helst vill man få impedansen för portar redovisade för ett antal frekvenser då det underlättar beräkningar.
Detaljer såsom hur kretskortets jordplan är utformat, hur avkoppling är utformad, kan påverka resulterande impedans på dessa portar. För vettig utgångsdesign av kretskort så är det sällan ett problem för data upp til 100Mb/s men kan få väldigt stor betydelse vid högre datatakter.
 
Typ av portar är också en faktor som påverkar. Digitala komplementära portar (balanserad utgång) finns inte!!!
Det må stå så i databladet men vanligt sätt att bygga upp en komplementär digital källport internt i IC är att helt enkelt förse porten 1B med en trissa som ansluter till port 1A som är den som mottar utgående data. Ports 1B får då inverterad data genom att trisssan utför inverteringen.
Det innebär att port 1B visserligen inverteras men med den fördröjning som trissan ger. Mäter man noga ser man att signalerna på port 1A ä inte helt 180 fasskild relativt port 1B.
 
Om det står att portimpedansen är 50 Ohm, så tyvärr, det har ännu i världshitorien inte ännu inträffat på en aktiv IC-port.
50 Ohm i databladet är ett närmevärde med tolerans på inte sällan 25%. Det gäller både källport och mottagarport. Med otur skiljer de sinsemellan i olika riktningar relativt karakteristiska impedansen och det är vanligare än motsatsen, att de har ungefär samma impedans.
 
Det är här det är mycket upplyftande att inte bara stirra på databladet utan mäta vad impedanserna faktiskt är, inkluderande kretskortets och avkopplingens egenskaper.
 
Jag ska ta ett mycket typiskt mätexempel.
Uppmätta impedanser redovisas nästan alltid i ett format som kallas Smith-diagram. Dertta då man kan utläsa både resitiva och reaktiva delen av impedanse utefter frekvensenen. Center på diagrammet sätts ofta till systemet karaktäristiska impedans som i nedan exempel är 50 Ohm. Det är fritt för den som mäter att sätta punkten till valfri impedans så länge man specar detta.
En digital signa, beror lite på typ av portar men ofta vill man ha impedansmässig kontroll upp till minst 3:e övertonen på grund-bitrate. Man mäter då hela det frekvensområdet. För att göra det lite mindre rörigt väljer jag här endast att visa 3:e övertonen på 4.7 GHz. Källimpedansen är den gula kurvan. Dess markörvärden visas i tabellen.

smith.png

Screenshot 2025-08-31 at 14-28-29 AnTune Design.png

Utågongsimpedansen skulle enligt databladet varit 50 Ohm. Då hade det inte blivit någon kurva, bara en punkt i mitten av diagrammet.
Om vi trodde os ha marginaler att tulla på om vi avviker på andra håll i designen så ser vi att inte ens utgångsläget är idealt, och aldrig är.
Detta är mätt direkt på utgångsport mellan ledare på kretskort och kretskortets jordplan vid denna punkten. Folien är kapad så att ytterligare ledarimpedans eller mottagarimpedans inte ska inverka på mätresultatet.
På samma sätt är mottag-IC ingångsimpedans mätt och visas här som blå kurva. Det är också långt från databladets 50 Ohm.
Dess impedans är 54+j34 Ohm.
 
För bäst anpassning, antag att vi mäter vid mottagarporten, där vi också kapat folien och mäter mot källport inkluderande transmissionsledaren impedans. För bästa matchning, den impedans vi vill mäta är vad som kallas konjugatmatchad impedans som idealt inte kommer ge reflektionsförluster.
Den impedansen är 54-j34 Ohm. Det är byte av tecken på uppmätta reaktansen som är vår önskade impedans mot källan.
Den impedans vi skulle vilja mäta upp för bäst matchning, konjugatmatchning är den gröna kurvan på denna bild.

smith2.png

Med detta känt kan vi beräkna exempelvis impedansmatchande nät. Nätets komponenter (kond&ind) är komplexa impedanser som vid dessa frekvenser skiljer sej åt mellan olika komponentserier och tillverkare. Därav att det finns S-parametrar hos alla etablerade tillverkare av spolar och kondensatorer, uppmätta för varje komponentvärde.
Med hjälp S-parametrar fann jag en komponent-serie enligt detta schema:

schema1.png

Detta resulterade i den nya uppmätta impedansen:

smith3.png

 Vi ser att gula uppmätta källimpedansen flyttat till nästan det värde vi vill ha för bra och förlustfri matchning.
Av olika skäl vill man ofta undvika denna typ av matchning vid högre frekvenser. Ett annat sätt att omvandla källimpedansen till en konjugatmatchad impedans är att justera ledarlängden. Man brukar prata om stubbmatchning.
 
Vi ser på original impedans att det är möjligt och man kan mäta direkt på diagrammet hur sådan matchning ska gå till.
Det enda som behöver göras är att förlänga transmissionsledaren 6mm om ledaren håller här ideala karaktäristiska impedansen om 50 Ohm.
Grön kurva nedan visar utgångsimpedansen på källporten sedd vidd mottagarporten och gul kurva har nu flyttats tack vare förlängningen av transmissionsledaren till nära den ideala konjugatimpedansen.

Smith4.png

 
Räknar man på detta så istället för att förlora 30% av överförda effekten om man inte förlänger ledare eller matchar förlorar man med förlängd ledare endast 3-4 % av effekten.
 
Detta är sådant som kräver att man har aktivt kort att mäta på. Har man inte det, sitter vid cad-programmet, så gör man bäst i att utgå från att ideala omständigheter råder. Det finns inga toleranser, inte en gnutta. Gör du det hos mej, tillåter dej avsiktliga toleranser, om du caddar eller är hussnickare blir du avskedad på stubinen.
Det är så med snickaren att han kan inte göra mer än att mäta hur lång planka han ska såga till. Tumstock och blyertspenna, sedan sågar man efter strecket. Men börjar man tänka att man lika gärna kan snesåga 10 mm är man illa ute. Man följer pennstrecket så gott man kan utan att överdriva.
 
Man följer IC-tillverkarens specar så gott man kan utan att överdriva, men tänk inte att detta kan jag slarva med utanför IC-fabrikantens instruktioner.
 
Det vanligaste problemet som brukar uppstå är att aktiva kretskortet inte klarar EMI-kraven. Det är då man behöver kunna gå in på kretskortet och mäta vad som orsakar detta och vad man kan göra åt detta. Att kunna mäta och kunna räkna är då viktigt att man kan och har tränat på innan. Det blir dyrt att göra en ny designrunda utan att veta vad man sysslar med och om det av ren lycka kan fixat problemet.
I vissa fall så kräver man långt mer än vad IC-fabrikanten upppger, exempelviss om kretskortet ska sitta i ett JAS-plan och tåla medveten påstrålning av radiovågor från fienden. Då kan alla marginaler behövas. Om man inte förlorar signalenergi till omgivningen så gäller oftast även det omvända, att man inte så lätt påverkas av yttre störningar från eget kretskort eller utifrån.
 
Om ovan kort designats idealt så ser vi att det blivit avsevärda reflektionsförluster och pga av effektförluster minskar amplituden på signalen. Mottagarporten är säkert nivå-detekterande så varje förlust gör att man kommer närmare att man inte alltid får detektering. Att portarna inte höll ideala 50 Ohm, är regel.
Men om man hållit toleranserna vid cadningen så som tillverkaren specat så lovar denne att det ska fungera trots en hel del förluster om kretskortet i övrigt att bra designat och ofta även att man avkopplat så som tillverkaren föreskriver.
 
Som synes av ovan exempel kan man påverka impedansen avsevärt bara genom att förlänga ledaren några mm. Det är en av de saker som är viktiga att tänka på för balanserade transmissionsledare om man gör dessa olika långa.
För balanserade ledare så finns det både för och nackdelar vad gäller vingelmarginaler i matchningen inbördes mellan ledarna såväl som tidsfel och överföringsförluster. Reflektionsförluster ger inte sällan problem för helt andra delar av kretsen då förlusterna kan stråla ut oavsiktligt eller överlagras på analoga signaler.

[E Kafeman]

Sidospår: Detta med teori och praktik påminner mig om detta med anpassning i allmänhet. Det framförs alltid att båda ändar ska vara impedansanpassade, men egentligen så ifall kabel och mottagare är perfekt anpassade så spelar sändarens impedans ingen roll med avseende på reflektioner.

Det var ett mycket urspårat sidospår.
Vet man inget om impedans-teori kanske man inte ska påstår helt galna saker utan att kolla en bra bok först.
Om jag nu påstår motsatsen, vem ska de som läser här då tro på?
  
Impedansmässig missanpassning inträffar ALLTID i en slinga där olika impedanser möts.
Om källporten har en impedans om 100+j0 Ohm och den matar en ledning om 50 Ohm karaktäristisk impedans som avslutas i en mottagande port med impedansen 50+j0 Ohm så skulle det enligt din mening inte uppstå någon reflektion.
Reflektionen uppstår när källporten möter den mismatchade ledaren om 50 Ohm. Förlusterna och mottagen signaldegraderingen blir lika stor oavsett var utefter mottagande kedjan ett visst mått av mismatch inträffar.
 
När man räknar på reflektions-förlusterna finns det ibland en situation där hyggligt bra matchning inte är optimalt ur effektförlust-synpunkt.
Det kan inträffa när källimpedansen är 0+j0 eller med negativ resistans.
Absolut 0+j0 Ohm källimpedans är ett ideal-värde som inte förekommer men bra nära är möjligt.
Om källimpedansen är noll kan det inte uppstå effektförlust i källan oavsett impedans i matade nätet.
Det är dock rätt mycket överkurs här.
 

Fast jag tolkar han som att han säger att det är inte lika kritiskt som böckerna säger att det är.
Han sa att dom hade utfört tester för att kolla vart går gränserna.

 
Som jag skrev pratar han i nattmössan. Han har säkert gjort tester där det fungerade trots att man tullat på toleranserna fast han redovisar inte hela bilden. Kanske för att han inte begriper bättre men jag tror att han bar ville göra ett klatchigt nummer av det utan att ta upp alla aspekter.
 
Tullar man på toleranser, det är så även om man är hussnickare, det blir skevare för varje gång man adderar felen. Det får du försöka begripa, det kräver lite logiskt tänkande för att förstå
 
En av de bättre sakerna är om du kan lära dej mäta och räkna resulterande mätningar så blir det inte bara tomma tumregler vad dålig kalkyl och onoggrannhet kostar.
 
Att mäta t.ex. impedanser på ett fungerande och aktivt kretskort är lärorikt om man verkligen vill förstå lite mer sidor av problemet än vad talaren tog upp. Man kan räkna med penna och papper också eller använda simulatorverktyg där man kan experimentera med parametrarna.
 
En sak som många nybörjare missar, specifikt när det är mer tidskritiska bussar med hög frekvens och balanserade aktiva kretsar är att de läser databladet att källportens impedans kanske ska vara 50 Ohm eller kanske specas den balanserat som exempelvis 2x60 Ohm. Vilken impedans är då optimalt på ditt kretskorts tranmissionsledare?
Beror givetvis även på mottagarportens impedans. Den står inte sällan även den i databladet som en enkel siffra, antag 50 Ohm som enkelt exempel. Det är ofta samma problematik för det mesta som kallas impedans. Högtalare anges kanske till 4Ohm vilket vvid uoomätning är långt från sanningen, Samma med antenner och SAW-filter som ofta i databladet beskrivs som 50 Ohm trots att korrekta kurvor kan betyda mycket för prestandan.
Här ett sk. 50 Ohm SAW-filter där man visar hur impedansen verkligen ser ut: https://www.golledge.com/media/2805/mp07388.pdf
 
Samma gäller för enkla spolar och kondensatorer, dess reaktans och resistans är högst frekvensberoende. En induuktor som används i ett nät över dess resonansfrekvens har tappat alla induktor-egenskaper och är mer ekvivalent med ett motstånd i serie med en kondensator. Det är egenskaper man kan nyttja till sin fördel. Det kan ge den impedansegenskapen man söker.
  
Det är inte helt fackmässigt av många fabrikanter att ange impedans med enkel och ordentligt avrundad resistans och inget nämna om frekvens. Impedans är ett komplext värde. Man måste specificera både resistansen och reaktansen. Reaktanssiffran är vanligen ett imaginärt tal vilken brukar markeras med ett "i" eller "j". Det värdet kan vara både positivt och negativt. Resistansen är nästan alltid positiv även det finns källportar med negativ resistans.
 
Allra helst vill man få impedansen för portar redovisade för ett antal frekvenser då det underlättar beräkningar.
Detaljer såsom hur kretskortets jordplan är utformat, hur avkoppling är utformad, kan påverka resulterande impedans på dessa portar. För vettig utgångsdesign av kretskort så är det sällan ett problem för data upp til 100Mb/s men kan få väldigt stor betydelse vid högre datatakter.
 
Typ av portar är också en faktor som påverkar. Digitala komplementära portar (balanserad utgång) finns inte!!!
Det må stå så i databladet men vanligt sätt att bygga upp en komplementär digital källport internt i IC är att helt enkelt förse porten 1B med en trissa som ansluter till port 1A som är den som mottar utgående data. Ports 1B får då inverterad data genom att trisssan utför inverteringen.
Det innebär att port 1B visserligen inverteras men med den fördröjning som trissan alltid ger. Mäter man noga ser man att signalerna på port 1A är inte helt 180 grader fasskild relativt port 1B.
 
Om det står att portimpedansen är 50 Ohm, så tyvärr, det har ännu i världshitorien inte ännu inträffat på en aktiv IC-port.
50 Ohm i databladet är ett närmevärde med tolerans på inte sällan 25% och ingen frekvenshänsyn. Det gäller både källport och mottagarport. Med otur skiljer de sinsemellan i olika riktningar relativt karakteristiska impedansen och det är vanligare än motsatsen, att de har ungefär samma impedans.
 
Det är här det är mycket upplyftande att inte bara stirra på databladet utan mäta vad impedanserna faktiskt är, inkluderande kretskortets och avkopplingens egenskaper.
 
Jag ska ta ett mycket typiskt mätexempe. Det blir lite bilder för enkalre förklaring.
Uppmätta impedanser redovisas nästan alltid i ett format som kallas Smith-diagram. Dertta då man kan utläsa både resitiva och reaktiva delen av impedanse utefter frekvensenen. Center på diagrammet sätts ofta till systemet karaktäristiska impedans som i nedan exempel är 50 Ohm. Det är fritt för den som mäter att sätta punkten till valfri impedans så länge man specar detta.
En digital signa, beror lite på typ av portar men ofta vill man ha impedansmässig kontroll upp till minst 3:e övertonen på grund-bitrate. Man mäter då hela det frekvensområdet. För att göra det lite mindre rörigt väljer jag här endast att visa 3:e övertonen på 4.7 GHz. Källimpedansen är den gula kurvan. Dess markörvärden visas i tabellen.

smith.png

Screenshot 2025-08-31 at 14-28-29 AnTune Design.png

Utågongsimpedansen skulle enligt databladet varit 50 Ohm. Då hade det inte blivit någon kurva, bara en punkt i mitten av diagrammet.
Om vi trodde oss ha marginaler att tulla på om vi avviker på andra håll i designen så ser vi att inte ens utgångsläget är idealt, och aldrig är.
Detta är mätt direkt på utgångsport mellan ledare på kretskort och kretskortets jordplan vid denna punkten. Folien är kapad så att ytterligare ledarimpedans eller mottagarimpedans inte ska inverka på mätresultatet.
På samma sätt är mottag-IC ingångsimpedans mätt och visas här som blå kurva. Det är också långt från databladets 50 Ohm.
Dess impedans är 54+j34 Ohm.
 
För bäst anpassning, antag att vi mäter vid mottagarporten, där vi också kapat folien och mäter mot källport inkluderande transmissionsledaren impedans. För bästa matchning, den impedans vi vill mäta är vad som kallas konjugatmatchad impedans som idealt inte kommer ge reflektionsförluster.
Den impedansen är 54-j34 Ohm. Det är byte av tecken på uppmätta reaktansen som är vår önskade impedans mot källan.
Den impedans vi skulle vilja mäta upp för bäst matchning, konjugatmatchning är den gröna kurvan på denna bild.

smith2.png

Med detta känt kan vi beräkna exempelvis impedansmatchande nät. Nätets komponenter (kond&ind) är komplexa impedanser som vid dessa frekvenser skiljer sej åt mellan olika komponentserier och tillverkare. Därav att det finns S-parametrar hos alla etablerade tillverkare av spolar och kondensatorer, uppmätta för varje komponentvärde.
Med hjälp S-parametrar fann jag en komponent-serie enligt detta schema:

schema1.png

Detta resulterade i den nya uppmätta impedansen:

smith3.png

 Vi ser att gula uppmätta källimpedansen flyttat till nästan det värde vi vill ha för bra och förlustfri matchning.
Av olika skäl vill man ofta undvika denna typ av matchning vid högre frekvenser. Ett annat sätt att omvandla källimpedansen till en konjugatmatchad impedans är att justera ledarlängden. Man brukar prata om stubbmatchning.
 
Vi ser på original impedans att det är möjligt och man kan mäta direkt på diagrammet hur sådan matchning ska gå till.
Det enda som behöver göras är att förlänga transmissionsledaren 6mm om ledaren håller här ideala karaktäristiska impedansen om 50 Ohm.
Grön kurva nedan visar utgångsimpedansen på källporten sedd vidd mottagarporten och gul kurva har nu flyttats tack vare förlängningen av transmissionsledaren till nära den ideala konjugatimpedansen.

Smith4.png

 
Räknar man på detta så istället för att förlora 30% av överförda effekten om man inte förlänger ledare eller matchar förlorar man med förlängd ledare endast 3-4 % av effekten.
 
Detta är sådant som kräver att man har aktivt kort att mäta på. Har man inte det, sitter vid cad-programmet, så gör man bäst i att utgå från att ideala omständigheter råder. Det finns inga toleranser, inte en gnutta. Gör du det hos mej, tillåter dej avsiktliga toleranser, om du caddar eller är hussnickare blir du avskedad på stubinen.
Det är så med snickaren att han kan inte göra mer än att mäta hur lång planka han ska såga till. Tumstock och blyertspenna, sedan sågar man efter strecket. Men börjar man tänka att man lika gärna kan snesåga 10 mm är man illa ute. Man följer pennstrecket så gott man kan utan att överdriva.
 
Man följer IC-tillverkarens specar så gott man kan utan att överdriva, men tänk inte att detta kan jag slarva med utanför IC-fabrikantens instruktioner.
 
Det vanligaste problemet som brukar uppstå är att aktiva kretskortet inte klarar EMI-kraven. Det är då man behöver kunna gå in på kretskortet och mäta vad som orsakar detta och vad man kan göra åt detta. Att kunna mäta och kunna räkna är då viktigt att man kan och har tränat på innan. Det blir dyrt att göra en ny designrunda utan att veta vad man sysslar med och om det av ren lycka kan fixat problemet.
I vissa fall så kräver man långt mer än vad IC-fabrikanten upppger, exempelviss om kretskortet ska sitta i ett JAS-plan och tåla medveten påstrålning av radiovågor från fienden. Då kan alla marginaler behövas. Samma om det ska fungera i verkstad där man svetsar eller gnistar. Med otur stör det tillräckligt när en mobiltelefon i närheten börjar sända.
Om man inte förlorar signalenergi till omgivningen så gäller oftast även det omvända, att man inte så lätt påverkas av yttre störningar från eget kretskort eller utifrån.
 
Om ovan kort designats idealt så ser vi att det blivit avsevärda reflektionsförluster och pga av effektförluster minskar amplituden på signalen. Mottagarporten är säkert nivå-detekterande så varje förlust gör att man kommer närmare att man inte alltid får detektering. Att portarna inte höll ideala 50 Ohm, är regel.
Men om man hållit toleranserna vid cadningen så som tillverkaren specat så lovar denne att det ska fungera trots en hel del förluster om kretskortet i övrigt att bra designat och ofta även att man avkopplat så som tillverkaren föreskriver.
 
Som synes av ovan exempel kan man påverka impedansen avsevärt bara genom att förlänga ledaren några mm. Det är en av de saker som är viktiga att tänka på för balanserade transmissionsledare om man gör dessa olika långa.
För balanserade ledare så finns det både för och nackdelar vad gäller vingelmarginaler i matchningen inbördes mellan ledarna såväl som tidsfel och överföringsförluster. Reflektionsförluster ger inte sällan problem för helt andra delar av kretsen då förlusterna kan stråla ut oavsiktligt eller överlagras på analoga signaler.

[DanielM]

Det är uppskattande att du vill dela med dig om djup vetenskap kring impedans.
Men du glider bort från ämnet.

Frågan gällde: Brukar ni längdanpassa differentialsledare.
Enligt Rick Hartley så är det inte så jätte allvarligt och han visar lite exprimentresultat.

Men enligt dig så talar han i nattmössan.
Vi kan rita istället.
Jag vet att om det skiljer mycket, så kan man alltid göra en liten böj. Om det hjälper, vet jag dock inte. Men detta är vad jag har hört.
Istället brukar jag rita som den nedre bilden.

Namnlös.png

Exempelvis:

Skärmbild 2025-08-31 174549.png

CK_P = 35.143 mm
CK_N = 35.104 mm

Alltså en skillnad på 0.039 mm. Men det finns värre!

Skärmbild 2025-08-31 174842.png

CK_P = 21.282 mm
CP_N = 20.519 mm

Oj! Nu blev det 0.763 mm i skillnad. Men enligt Rick Hartley så är skillnaden väldigt liten med tanke på att det är ett 2 133 MHz RAM.

Då är frågan: Du som är erfaren om detta och hävdar att Ricken verkar tänka med dicken. Vart ska jag addera dom extra böjarna då?

[TomasL]

Det är ju bara att räkna på våglängden, och räkna fram tidsförskjutningen du får mellan ledarna, och se om det faller inom toleranserna.

[limpan4all]

Jag en grundregel. Längdanpassning är viktigare än strikt diffanpassning. Detta då det kommer att gå mera strömmar genom jordplannet vid felaktig längdanpassning än vid felaktig diff impedans. Dessa jordplansströmmar ger mera EMC och signalintegretsproblem än vad jag önskar. Så jag brukar om det är trångt och stökigt snarare dra varje ledare i diff-paret som impedansanpassade ledare individuellt mot halva diff-impedansen men längdmatcha dom så gott det bara är möjligt, serpentiner/tromboner däremot ser jag som större risker än nytta, så de undviker jag, men med individuella ledare så är det oftast enklare än att hantera ett diff-par.

[DanielM]

Det är ju bara att räkna på våglängden, och räkna fram tidsförskjutningen du får mellan ledarna, och se om det faller inom toleranserna.

Jag vet inte vad toleranserna är. Det är detta som är en del av problemet.