En el diseño de circuitos impresos (PCBs), el ruteo diferencial es una técnica clave para transmitir señales de alta velocidad con mayor inmunidad al ruido. Se utiliza en interfaces como USB, HDMI, Ethernet y PCIe, donde la integridad de la señal es crítica.
Si eres nuevo en el diseño de PCBs, esta guía te explicará los conceptos básicos del routing diferencial, sus ventajas y cómo implementarlo correctamente.
1. ¿Qué es un Par Diferencial?
Un par diferencial consiste en dos señales que transmiten información de manera complementaria:
-
Una señal positiva (
Po+) -
Una señal negativa (
No-)
La información se decodifica restando ambas señales (V_diff = V+ − V−), lo que ofrece dos grandes ventajas:
✔ Mayor inmunidad al ruido (el ruido afecta a ambas líneas por igual y se cancela).
✔ Menor emisión de interferencias (EMI) (los campos electromagnéticos se cancelan mutuamente).
Ejemplos de buses diferenciales comunes:
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USB 2.0/3.0
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HDMI
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Ethernet (RJ45)
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LVDS (Pantallas LCD)
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PCI Express
2. Reglas Básicas para el Routing Diferencial
Para garantizar un buen funcionamiento, los pares diferenciales deben cumplir ciertas reglas de diseño:
A. Longitud Igualada (Length Matching)
-
Ambas señales (
PyN) deben tener la misma longitud eléctrica para evitar desfases (skew). -
Si una pista es más larga, se puede compensar con serpentines (tuning meanders).
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Tolerancia típica: ±5 mils (0.127 mm) para señales de hasta 1 GHz.
B. Espaciado Constante (Differential Pair Gap)
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La separación entre
PyNdebe ser uniforme en toda la ruta. -
Si el espaciado cambia, se altera la impedancia diferencial.
C. Impedancia Diferencial Controlada
-
La impedancia del par depende del:
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Ancho de las pistas (
W) -
Espaciado (
S) -
Grosor del dieléctrico (
H)
-
-
Valores típicos:
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USB 2.0: 90 Ω diferencial
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HDMI: 100 Ω diferencial
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Ethernet (RJ45): 100 Ω diferencial
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🔹 Herramientas útiles: Calculadoras de impedancia como Saturn PCB Toolkit o integradas en KiCad/Altium.
D. Minimizar Cruces y Discontinuidades
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Evitar cambios bruscos de capa (usar vías acompañantes para mantener el retorno).
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No separar el par con componentes u otras pistas.
3. Cómo Rutea un Par Diferencial en KiCad/Altium
En KiCad:
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Definir las reglas de diseño en File > Board Setup > Differential Pairs.
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Asignar pares diferenciales en el esquemático (etiquetar con
_Py_N). -
Usar la herramienta de ruteo diferencial (6) para trazar las pistas simultaneamente y ajustar par diferencial (8) para compensar las posibles diferencias creadas por el trazado.
En Altium Designer:
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Definir los pares diferenciales en Design > Classes > Differential Pairs.
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Configurar reglas de impedancia en Design > Rules > Routing > Differential Pairs.
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Ruteo interactivo (Ctrl+Click para enrutar ambas pistas al mismo tiempo).
4. Errores Comunes y Cómo Evitarlos
| Error | Consecuencia | Solución |
|---|---|---|
| Longitudes desiguales | Desfase (skew), pérdida de señal | Usar serpentines para igualar |
| Espaciado inconsistente | Variación de impedancia | Mantener separación uniforme |
| Planos de tierra fragmentados | Mayor EMI y ruido | Usar planos de tierra sólidos |
| Cruces con otras señales | Diafonía (crosstalk) | Mantener distancia de 3W (3x el ancho de pista) |
5. Consejos Adicionales
Usar acoplamiento estrecho (pistas cercanas) para mejorar la cancelación de ruido.
Evitar ángulos de 90° (mejor 45° o curvas suaves).
Añadir terminaciones resistivas si el protocolo lo requiere (ej.: 100 Ω entre P y N en Ethernet).
Simular con herramientas como HyperLynx o ADS si trabajas con señales >1 GHz.
Conclusión
El routing diferencial es esencial para diseños de alta velocidad, ya que mejora la integridad de la señal y reduce las interferencias. Si sigues estas reglas básicas, podrás implementar pares diferenciales eficientes en tus PCBs.
¿Tienes dudas sobre algún caso específico? ¡Déjalo en los comentarios y te ayudo!