Сбалансированная линия передачи (balanced line, symmetrical line) — это тип высокочастотной линии (transmission line), состоящей из двух идентичных проводников, расположенных симметрично относительно общего экрана или друг друга. Её ключевая особенность — равенство погонных параметров (индуктивность L, ёмкость C, сопротивление R, проводимость G) для каждого проводника, что обеспечивает равенство амплитуд и противоположность фаз (разность фаз 180°) сигналов в них относительно общего потенциала. Классическими примерами являются витая пара (twisted pair) для кабельных систем и симметричная полосковая линия (stripline) в печатных платах.
Принцип работы и основные параметры
Волновое сопротивление (characteristic impedance, Z₀) такой линии определяется её геометрией и свойствами диэлектрика. При передаче дифференциального сигнала (differential signal) токи в проводниках равны по величине и противоположны по направлению. Это приводит к взаимной компенсации создаваемых ими магнитных полей вне линии, что обеспечивает низкий уровень паразитного излучения (электромагнитных помех, EMI) и высокую помехозащищённость от внешних наводок. Нарушение симметрии (например, разная длина проводников) вызывает дисбаланс и преобразование части полезного дифференциального сигнала в мешающий синфазный (common-mode noise).
Конструктивные типы в печатных платах
В печатных платах (PCB) реализуются две основные формы диф. пар:
-
Симметричная (сбалансированная) полосковая линия (balanced stripline). Два сигнальных проводника (trace) расположены симметрично внутри диэлектрика между двумя параллельными плоскостями земли (ground planes). Эта конструкция обеспечивает полное экранирование.
-
Дифференциальная микрополосковая линия (differential microstrip). Два параллельных проводника расположены на внешнем слое платы над плоскостью земли. Конфигурация более проста для производства и ремонта, но менее защищена от внешних помех.
Проектирование требует строгого контроля геометрии: требуются идентичная ширина проводников (trace width), постоянное и равное расстояние между ними (spacing, coupling gap) и симметричность диэлектрического окружения.
Применение и стандартизация
Сбалансированные линии являются физической основой для передачи высокоскоростных дифференциальных сигналов в цифровой электронике. Они используются в таких интерфейсах, как USB, Ethernet (стандарты серии IEEE 802.3), LVDS (Low-Voltage Differential Signaling), HDMI, PCI Express. Практические руководства по проектированию таких линий на печатных платах, включая расчёт импеданса, содержатся в стандарте IPC-2141A «Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards». Общие требования к проектированию печатных плат установлены в IPC-2221.
Источники: Теория и практика проектирования линий передачи на печатных платах изложены в IPC-2141A. Общие принципы проектирования регламентированы IPC-2221. Терминология в области печатного монтажа и печатных плат установлена в ГОСТ Р МЭК 60194-2-2019 и ГОСТ Р 53386-2009.