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PCB · SIGNAL INTEGRITY

Calculateur de paires différentielles & XTALK

Dimensionnez six géométries couplées, comparez les modes pair et impair et estimez la diaphonie proche à partir du temps de montée et de la longueur parallèle.

Géométrie et stack-up

Ω
%
mm
mm
mm

Valeurs nominales en oz/ft². Pour une couche externe, utilisez l’épaisseur finale après placage communiquée par le fabricant.

Coupe de la géométrie

PNDiélectrique · εr 4,2Couplage par les bordsAir / masquePlan de référenceW · 0,16 mmS · 0,18 mmH · 0,18 mm

Relations modales

Zdiff=2ZoddZ_{diff}=2Z_{odd}
Zcommon=Zeven2Z_{common}=\dfrac{Z_{even}}{2}
Kb=Zeven−ZoddZeven+ZoddK_b=\dfrac{Z_{even}-Z_{odd}}{Z_{even}+Z_{odd}}

Impédances calculées

Dans la fenêtre cibleÉcart à la cible: +8,14 Ω
Impédance différentielle Zdiff108,14 Ω
Mode impair Zodd54,07 Ω
Mode pair Zeven81,16 Ω
Mode commun Zcommon40,58 Ω
Piste isolée Z066,24 Ω
Permittivité effective3,082
Délai de propagation5,86 ps/mm
Écart S pour atteindre la cible0,1259 mm

Estimation XTALK / NEXT

Modèle de ligne couplée terminée : le NEXT augmente avec la longueur parallèle jusqu’à saturation à 2 × délai de vol ≈ temps de montée.

mm
ps
V
NEXT crête estimé94,82 mV9,482 % · Couplage élevé
Échelle de la barre : 0 à 10 % du signal agresseur
Isolation NEXT-20,46 dB
Couplage modal Kb20,034 % · -13,96 dB
Kb avec terminaison10,119 % · -19,9 dB
Délai sur la zone couplée234,25 ps
Longueur de saturation42,6889 mm
W/H · S/H0,889 · 1
Kb,term=Kb1+1−Kb2K_{b,term}=\dfrac{K_b}{1+\sqrt{1-K_b^2}}
NEXT≈VaKb,termmin⁡(1,2tdtr)NEXT\approx V_aK_{b,term}\min\left(1,\dfrac{2t_d}{t_r}\right)

Estimation quasi-statique de pré-conception. Les transitions, vias, pertes, masque, rugosité, dissymétries et FEXT ne sont pas résolus. Faites valider le stack-up par le fabricant et utilisez un solveur de champ pour les interfaces rapides ou les marges serrées.

Guide d’intégrité du signal

Dimensionner une paire différentielle et interpréter le XTALK

Une paire différentielle ne se résume pas à deux pistes de 50 Ω. Leur couplage crée des modes pair et impair, et c’est le mode impair qui fixe l’impédance différentielle. Le même couplage détermine aussi la diaphonie entre les deux conducteurs.

Méthode et hypothèses

L’outil calcule d’abord l’impédance d’une piste isolée avec le modèle quasi-statique correspondant au stack-up. Les corrections de couplage fournissent Zodd et Zeven, avec Zdiff = 2·Zodd et Zcommon = Zeven/2. Le coefficient Kb est déduit des impédances modales. L’estimation NEXT avec terminaison est ensuite limitée par le rapport entre deux fois le délai de vol de la zone couplée et le temps de montée.

Entrées à vérifier

H du stripline symétrique

Dans ce mode, H est la distance totale entre les deux plans de référence. Les pistes sont centrées entre ces plans ; l’épaisseur de cuivre T est comprise dans H.

S est un écart bord à bord

Pour les géométries latérales, mesurez S entre les bords de cuivre, pas entre les axes. Pour le broadside, S est la séparation diélectrique verticale entre les deux faces de cuivre.

Temps de montée, pas débit binaire

La diaphonie est excitée par la vitesse des fronts. Utilisez le temps 10–90 % du driver ou une valeur issue de l’IBIS ; le débit seul ne décrit pas l’énergie haute fréquence.

Longueur réellement parallèle

Renseignez uniquement la longueur où les deux pistes restent parallèles avec le même environnement électromagnétique. Les transitions et changements de couche doivent être analysés séparément.

Démarche recommandée

  1. 1Choisissez la géométrie et saisissez les dimensions pressées du stack-up ainsi que l’épaisseur de cuivre finie.
  2. 2Ajustez W et S pour placer Zdiff dans la fenêtre de l’interface, puis vérifiez Zodd et la sensibilité au couplage.
  3. 3Évaluez le NEXT avec le front le plus rapide, puis faites confirmer l’impédance et les structures critiques par le fabricant ou un solveur.

Pourquoi la longueur de couplage compte

Deux pistes peuvent conserver la même impédance modale quelle que soit leur longueur, mais le NEXT d’un tronçon court est réduit lorsque deux fois son délai de vol reste inférieur au temps de montée. Une fois la longueur de saturation atteinte, allonger encore le tronçon n’augmente plus le pic du modèle idéal.

Ce que ce calcul XTALK ne couvre pas

Le résultat NEXT concerne le couplage entre deux conducteurs uniformes et correctement terminés. Il ne calcule pas le couplage entre deux paires voisines, le FEXT d’un microstrip inhomogène, les discontinuités, le déséquilibre P/N, les conversions de mode, les pertes ou les résonances. Ces cas nécessitent les matrices RLGC, les S-paramètres ou un solveur 2D/3D.

Questions fréquentes

Zdiff vaut-il toujours deux fois 50 Ω ?

Non. Deux pistes isolées de 50 Ω approchent 100 Ω lorsqu’elles sont éloignées. Quand elles sont rapprochées, le couplage abaisse Zodd ; Zdiff = 2·Zodd devient donc inférieur à 100 Ω si la largeur ou le stack-up ne sont pas compensés.

Le broadside est-il préférable au couplage latéral ?

Pas en général. Le broadside peut gagner de la largeur mais devient sensible au désalignement des couches et impose souvent des vias P/N non symétriques. Le couplage latéral sur une même couche est habituellement plus simple à fabriquer et à vérifier.

Pourquoi le FEXT n’est-il pas affiché ?

Le FEXT dépend de la différence entre les vitesses des modes pair et impair. Elle est presque nulle dans un stripline homogène, mais dépend finement des champs dans l’air, le masque et le diélectrique pour un microstrip. Une valeur crédible requiert un solveur modal plutôt qu’un coefficient générique.

Références à consulter

  • IPC-2141A, Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards, sections sur microstrip et lignes couplées.
  • B. C. Wadell, Transmission Line Design Handbook, Artech House, modèles de lignes couplées.
  • S. C. Thierauf, High-Speed Circuit Board Signal Integrity, Artech House, analyse des modes pair/impair et de la diaphonie.

Contenu pédagogique original, revu pour la clarté technique le 14 septembre 2026. Vérifiez toujours les fiches techniques, les normes applicables et votre conception avant mise sous tension ou fabrication.