Serpantin xəttini başa düşmək üçün gəlin danışaq PCB ilk növbədə marşrutlaşdırma. Bu konsepsiyanın təqdim edilməsinə ehtiyac yoxdur. Aparat mühəndisi hər gün məftil işləri görmürmü? PCB-dəki hər bir iz aparat mühəndisi tərəfindən bir-bir çəkilir. Nə demək olar? Əslində, bu sadə marşrutlaşdırma adətən göz ardı etdiyimiz çoxlu bilik nöqtələrini ehtiva edir. Məsələn, mikrostrip xətti və zolaqlı xətt anlayışı. Sadə dillə desək, mikrostrip xətti PCB lövhəsinin səthində, şerit xətti isə PCB-nin daxili təbəqəsində gedən izdir. Bu iki xətt arasındakı fərq nədir?

Mikrostrip xəttinin istinad müstəvisi PCB-nin daxili təbəqəsinin yer müstəvisidir və izin digər tərəfi havaya məruz qalır, bu da iz ətrafındakı dielektrik sabitinin uyğunsuzluğuna səbəb olur. Məsələn, bizim tez-tez istifadə olunan FR4 substratımızın dielektrik davamlılığı təxminən 4.2, havanın dielektrik davamlılığı 1-dir. Şerit xəttinin həm yuxarı, həm də aşağı tərəflərində istinad təyyarələri var, bütün iz PCB substratına yerləşdirilib, və iz ətrafında dielektrik sabiti eynidir. Bu da TEM dalğasının zolaq xəttində, kvazi-TEM dalğası isə mikrozolaq xəttində ötürülməsinə səbəb olur. Niyə kvazi-TEM dalğasıdır? Bu, hava və PCB substratı arasındakı interfeysdə faza uyğunsuzluğu ilə əlaqədardır. TEM dalğası nədir? Bu məsələni daha dərindən araşdırsanız, on ay yarıma başa çatdıra bilməyəcəksiniz.

Uzun sözü qısaltmaq üçün, istər mikrostrip, istərsə də zolaq xətti olsun, onların rolu rəqəmsal siqnallar və ya analoq siqnallar olsun, siqnalları daşımaqdan başqa bir şey deyil. Bu siqnallar elektromaqnit dalğaları şəklində izdə bir ucdan digərinə ötürülür. Dalğa olduğu üçün sürət də olmalıdır. PCB izindəki siqnalın sürəti nədir? Dielektrik sabitindəki fərqə görə sürət də fərqlidir. Havada elektromaqnit dalğalarının yayılma sürəti işığın məlum sürətidir. Digər mühitlərdə yayılma sürəti aşağıdakı düsturla hesablanmalıdır:

V=C/Er0.5

Bunlardan V mühitdə yayılma sürəti, C işığın sürəti, Er isə mühitin dielektrik davamlılığıdır. Bu düstur vasitəsilə biz PCB izində siqnalın ötürülmə sürətini asanlıqla hesablaya bilərik. Məsələn, biz sadəcə olaraq FR4 əsas materialının dielektrik sabitini hesablamaq üçün düstura daxil edirik, yəni FR4 əsas materialında siqnalın ötürülmə sürəti işıq sürətinin yarısıdır. Bununla belə, səthdə izlənilən mikrostrip xəttinin yarısı havada, yarısı isə substratda olduğundan, dielektrik sabiti bir qədər azalacaq, buna görə də ötürmə sürəti zolaq xəttinin sürətindən bir qədər sürətli olacaqdır. Tez-tez istifadə olunan empirik məlumatlar mikrostrip xəttinin izləmə gecikməsinin təxminən 140 ps/düym, zolaq xəttinin iz gecikməsinin isə təxminən 166 ps/düym olmasıdır.

Daha əvvəl dediyim kimi, yalnız bir məqsəd var, yəni PCB-də siqnal ötürülməsi gecikir! Yəni siqnal bir pin göndərildikdən sonra bir anda naqil vasitəsilə digər pinə ötürülmür. Siqnalın ötürülmə sürəti çox sürətli olsa da, iz uzunluğu kifayət qədər uzun olsa da, yenə də siqnal ötürülməsinə təsir edəcək. Məsələn, 1GHz siqnal üçün dövr 1ns-dir və yüksələn və ya enən kənarın vaxtı dövrün onda bir hissəsidir, onda 100ps-dir. İzimizin uzunluğu 1 düymdən (təxminən 2.54 sm) keçərsə, ötürmə gecikməsi yüksələn kənardan daha çox olacaqdır. İz 8 düymdən (təxminən 20 sm) keçərsə, gecikmə tam dövr olacaq!

Belə çıxır ki, PCB belə böyük təsirə malikdir, lövhələrimizdə 1 düymdən çox izlərin olması çox yaygındır. Gecikmə lövhənin normal fəaliyyətinə təsir edəcəkmi? Faktiki sistemə baxsaq, əgər bu sadəcə bir siqnaldırsa və siz digər siqnalları söndürmək istəmirsinizsə, gecikmənin heç bir təsiri olmadığı görünür. Lakin yüksək sürətli sistemdə bu gecikmə əslində qüvvəyə minəcək. Məsələn, ümumi yaddaş hissəciklərimiz məlumat xətləri, ünvan xətləri, saatlar və idarəetmə xətləri ilə bir avtobus şəklində bağlıdır. Video interfeysimizə nəzər salın. Nə qədər kanalın HDMI və ya DVI olmasından asılı olmayaraq, o məlumat kanallarını və saat kanallarını ehtiva edəcəkdir. Və ya bəzi avtobus protokolları, hamısı məlumatların və saatın sinxron ötürülməsidir. Sonra, faktiki yüksək sürətli sistemdə bu saat siqnalları və məlumat siqnalları əsas çipdən sinxron şəkildə göndərilir. PCB iz dizaynımız zəifdirsə, saat siqnalının uzunluğu və məlumat siqnalı çox fərqlidir. Məlumatların yanlış seçilməsinə səbəb olmaq asandır və sonra bütün sistem normal işləməyəcək.

Bu problemi həll etmək üçün nə etməliyik? Təbii ki, biz düşünərdik ki, qısa uzunluqlu izlər eyni qrupun iz uzunluqları eyni olacaq şəkildə uzadılırsa, gecikmə də eyni olacaq? Telləri necə uzatmaq olar? Gedin! Bingo! Nəhayət, mövzuya qayıtmaq asan deyil. Bu, yüksək sürətli sistemdə serpantin xəttinin əsas funksiyasıdır. Sarma, bərabər uzunluq. Bu qədər sadədir. Serpantin xətti bərabər uzunluqda külək üçün istifadə olunur. Serpantin xəttini çəkərək, eyni qrup siqnalları eyni uzunluğa malik edə bilərik ki, qəbuledici çip siqnalı qəbul etdikdən sonra məlumat PCB izindəki müxtəlif gecikmələrə səbəb olmasın. Yanlış seçim. Serpantin xətti digər PCB lövhələrindəki izlərlə eynidir.

Onlar siqnalları birləşdirmək üçün istifadə olunur, lakin onlar daha uzundur və yoxdur. Beləliklə, serpantin xətti dərin deyil və çox mürəkkəb deyil. Digər naqillərlə eyni olduğundan, bəzi ümumi istifadə olunan naqil qaydaları serpantin xətlərinə də aiddir. Eyni zamanda, serpantin xətlərinin xüsusi quruluşuna görə naqil çəkərkən buna diqqət yetirməlisiniz. Məsələn, serpantin xətlərini bir-birinə paralel olaraq daha uzaq tutmağa çalışın. Qısa, yəni böyük bir döngədən keçin, deyildiyi kimi, kiçik bir sahədə çox sıx və çox kiçik getməyin.

Bütün bunlar siqnal müdaxiləsini azaltmağa kömək edir. Serpantin xətti xəttin uzunluğunun süni artması səbəbindən siqnala pis təsir göstərəcək, ona görə də sistemdəki vaxt tələblərinə cavab verə bildiyi müddətcə ondan istifadə etməyin. Bəzi mühəndislər bütün qrupu bərabər uzunluqda etmək üçün DDR və ya yüksək sürətli siqnallardan istifadə edirlər. Serpantin xətləri lövhənin hər tərəfində uçur. Görünür, bu, daha yaxşı məftildir. Əslində bu, tənbəllik və məsuliyyətsizlikdir. Yaralanmaya ehtiyac olmayan bir çox yer yaralanır, bu da lövhənin sahəsini israf edir və həmçinin siqnal keyfiyyətini azaldır. Lövhənin naqil qaydalarını müəyyən etmək üçün gecikmə ehtiyatını faktiki siqnal sürəti tələblərinə uyğun hesablamalıyıq.

Bərabər uzunluq funksiyasına əlavə olaraq, İnternetdəki məqalələrdə serpantin xəttinin bir neçə digər funksiyası tez-tez xatırlanır, buna görə də burada qısaca danışacağam.

1. Tez-tez gördüyüm sözlərdən biri də impedans uyğunluğu roludur. Bu açıqlama çox qəribədir. PCB izinin empedansı xəttin eni, dielektrik sabiti və istinad müstəvisinin məsafəsi ilə əlaqədardır. Serpantin xətti ilə nə vaxt bağlıdır? İzin forması empedansa nə vaxt təsir edir? Bu bəyanatın haradan qaynaqlandığını bilmirəm.

2. süzgəc rolu olduğu da deyilir. Bu funksiyanın olmadığını söyləmək olmaz, lakin rəqəmsal sxemlərdə heç bir filtrləmə funksiyası olmamalıdır və ya rəqəmsal sxemlərdə bu funksiyadan istifadə etməyə ehtiyac yoxdur. Radiotezlik dövrəsində serpantin izi LC dövrəsini yarada bilər. Müəyyən bir tezlik siqnalında filtrləmə təsiri varsa, o, hələ keçmişdir.

3. Qəbuledici antena. Bu ola bilər. Bu təsiri bəzi cib telefonlarında və ya radiolarda görə bilərik. Bəzi antenalar PCB izləri ilə hazırlanır.

4. İnduktivlik. Bu ola bilər. PCB-dəki bütün izlər əvvəlcə parazitar endüktansa malikdir. Bəzi PCB induktorlarını hazırlamaq mümkündür.

5. Qoruyucu. Bu təsir məni çaşdırır. Qısa və dar serpantin məftil qoruyucu kimi necə işləyir? Cərəyan yüksək olduqda yanır? Lövhə sökülməyib, bu qoruyucunun qiyməti çox yüksəkdir, onun hansı proqramda istifadə olunacağını həqiqətən bilmirəm.

Yuxarıdakı giriş vasitəsilə aydınlaşdıra bilərik ki, analoq və ya radiotezlik sxemlərində serpantin xətləri mikrozolaqlı xətlərin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilən bəzi xüsusi funksiyalara malikdir. Rəqəmsal dövrə dizaynında, vaxt uyğunluğuna nail olmaq üçün serpantin xətti bərabər uzunluqda istifadə olunur. Bundan əlavə, serpantin xətti siqnalın keyfiyyətinə təsir göstərəcək, ona görə də sistemdə sistem tələbləri dəqiqləşdirilməli, sistemin artıqlığı faktiki tələblərə uyğun olaraq hesablanmalı və serpantin xəttindən ehtiyatla istifadə edilməlidir.