¿Por qué es mejor un conductor de retorno para cada conductor en un cable plano que un conductor de retorno compartido?

Pregúntese qué cable es probable que tenga el área de bucle más baja:

Un área de bucle grande tiene una mayor inductancia y puede emitir más interferencias EM. También puede recibir más interferencia EM.

Si cada conductor delantero tiene su propio cable de retorno, esto minimiza potencialmente el área de bucle de cada circuito.

Si estaba transmitiendo algo del orden de 10s a 100s de kHz, el número 1 puede ser perfectamente adecuado, pero el número 2 tiene la ventaja de que cada señal tiene una ruta de retorno más cercana y, por lo tanto, reduce el bucle de corriente total . Esto es útil para minimizar las emisiones irradiadas (y susceptibilidad radiada también), por no decir nada de diafonía .

No diría que están perfectamente equilibrados en el número 2 (la señal 1 solo tiene retorno 1, la señal 2 tiene retorno 1 y retorno 2). Dicho esto, las señales están protegidas de manera más efectiva en esta configuración.

En el número 1, la única devolución tendría que llevar a todas las corrientes de retorno y necesitaría una comprobación cuidadosa para asegurarse de que la ruta sea capaz de cargarse.

En un mundo de alta velocidad, las cosas tendrían rutas de retorno equilibradas para ambos controles de impedancia (la distancia a la ruta de retorno es un componente importante de la impedancia de la pista) y para separar las corrientes de retorno por varias razones.

1. La segunda alternativa proporciona un mejor blindaje. Como la corriente en signal N y return N fluye en direcciones opuestas, sus campos EM se cancelan entre sí. Entonces, en el primer ejemplo, cuando signal 1 está activo, signal 2 está más expuesto a interferencias, como en el segundo ejemplo.

2. Como lo indica el título de la imagen, una única ruta de retorno crea bucles desiguales (y mucho más grandes) que las rutas de retorno dedicadas. Si el cable en el ejemplo 1 está expuesto a una fuente EMI externa, signal 1 recibirá cuatro veces más interferencias que signal 4 . En el segundo ejemplo, ambas señales recibirán la misma cantidad mínima de interferencia.

Básicamente, cuando la ruta que toma la corriente encierra un área, esto crea inductancia. La inductancia es como la inercia eléctrica, evita que la corriente cambie rápidamente (como la inercia regular disminuye la velocidad de cambios), esta inercia eléctrica redondea los pulsos cuadrados y atenúa las señales rápidas, peor aún, la corriente que todavía se desea fluye incluso cuando la carga se elimina, creando picos de voltaje. Los bucles también actúan como buenas antenas y transmitirán sus contenidos por todo el lugar. Estos efectos empeoran cuanto mayor es el área del bucle (inductancia más grande). Tener un retorno justo al lado de cada señal mantiene el área del bucle realmente pequeña y mantiene las líneas de señal aisladas unas de otras, cada retorno es esencialmente un escudo.

Me sorprende que nadie haya mencionado la señalización diferencial. enlace

Si desea señales claras y rápidas, use esta técnica que requiere que la línea de "retorno" se use de manera activa. En este caso, no querría tener varios controladores de la línea de retorno única.

Desde la fuente: "La técnica minimiza la interferencia electrónica y la interferencia electromagnética, tanto la emisión de ruido como la aceptación de ruido, y puede lograr una impedancia característica constante o conocida, lo que permite técnicas de ajuste de impedancia importantes en una línea de transmisión de señal de alta velocidad o una línea de alta calidad equilibrada y una señal de audio de circuito equilibrado ruta ".

Además de los problemas de EMI, los cables que corren paralelos entre sí tendrán una cierta cantidad de acoplamiento capacitivo. El acoplamiento capacitivo de los cables de señal a tierra aumentará la cantidad de energía perdida por la resistencia en el cable o en la fuente de señal, pero esto puede tratarse mucho más fácilmente que la interferencia causada por el acoplamiento capacitivo de los cables de señal entre sí. En protocolos paralelos temporizados que son lo suficientemente lentos para que los cables de datos tengan tiempo de estabilizarse antes de que llegue su reloj, puede que no sea necesario preocuparse demasiado por la interferencia entre los cables de datos, pero los protocolos modernos son más propensos a enviar gran cantidad de datos rápidamente a través de un pocos cables que enviar una cantidad más pequeña de datos más lentamente sobre cada uno de una gran cantidad de cables.

Esto se complica un poco, si te hace sentir mejor, muchos diseñadores de electrónica tampoco lo tienen claro. De ahí la "magia negra" de EMI.

Aquí hay un artículo que intenta una explicación simple de lo que está pasando: enlace

Entonces, para frecuencias "altas" (mayores que unos pocos kHz), la inductancia comienza a dominar y la ruta de retorno "más fácil" para la corriente es seguir la corriente de conducción lo más cerca posible en la dirección inversa. ¡Esto estaría en una de las líneas de señal en tu ejemplo! En las frecuencias bajas, el camino más corto gana, por lo que probablemente fluya a través del cable de tierra.

Cuanto mayor sea la frecuencia y peor empeore, sin mencionar que su señal se volverá torpe.