Per capiscenu a linea serpentina, parlemu PCB prima rotta. Stu cuncettu ùn pare micca bisognu di esse introduttu. L’ingegnere di hardware ùn face micca u travagliu di cablaggio ogni ghjornu? Ogni traccia nantu à u PCB hè tracciata una per una da l’ingegnere di hardware. Chì si pò dì ? In fatti, stu routing simplice cuntene ancu assai punti di cunniscenza chì avemu di solitu ignurà. Per esempiu, u cuncettu di microstrip line è stripline. Simply put, a linea di microstrip hè a traccia chì corre nantu à a superficia di u PCB, è a stripline hè a traccia chì corre nantu à a capa interna di u PCB. Chì ghjè a diffarenza trà sti dui linii?

U pianu di riferimentu di a linea di microstrip hè u pianu di terra di a capa interna di u PCB, è l’altra parte di a traccia hè esposta à l’aria, chì face chì a constante dielettrica intornu à a traccia hè inconsistente. Per esempiu, a constante dielettrica di u nostru sustrato FR4 cumunimenti utilizatu hè Intornu à 4.2, a constante dielettrica di l’aria hè 1. Ci sò piani di riferimentu nantu à i dui lati superiori è inferiori di a linea di striscia, tutta a traccia hè incrustata in u sustrato PCB. è a constante dielettrica intornu à a traccia hè a stessa. Questu provoca ancu l’onda TEM per esse trasmessa nantu à a linea di striscia, mentre chì l’onda quasi-TEM hè trasmessa nantu à a linea di microstrip. Perchè hè un’onda quasi-TEM? Questu hè duvuta à a discordanza di fasa à l’interfaccia trà l’aria è u sustrato PCB. Cos’è l’onda TEM? Sè vo scavate più profonda nantu à sta questione, ùn puderà micca finisce in deci mesi è mezu.

Per fà una storia longa, ch’ella sia una linea di microstrip o una linea di striscia, u so rolu ùn hè nunda più cà di purtà signali, sia signali digitali sia signali analogichi. Questi signali sò trasmessi in forma di onde elettromagnetiche da una punta à l’altru in a traccia. Siccomu hè una onda, ci deve esse rapidità. Chì ghjè a vitezza di u signale nantu à a traccia PCB? Sicondu a diffarenza di constantu dielectric, a vitezza hè dinù differente. A velocità di propagazione di l’onda elettromagnetica in l’aria hè a veloce di a luce ben cunnisciuta. A velocità di propagazione in altri media deve esse calculata da a seguente formula:

V=C/Er0.5

Frà elli, V hè a vitezza di propagazione in u mediu, C hè a vitezza di a luce, è Er hè a constante dielettrica di u mediu. Per mezu di sta formula, pudemu calculà facilmente a velocità di trasmissione di u signale nantu à a traccia PCB. Per esempiu, simpricimenti piglià a custante dielettrica di u materiale di basa FR4 in a formula per calculà, vale à dì, a velocità di trasmissione di u signale in u materiale di basa FR4 hè a mità di a vitezza di a luce. In ogni casu, perchè a mità di a linea di microstrip tracciata nantu à a superficia hè in l’aria è a mità in u sustrato, a constante dielettrica serà ligeramente ridutta, cusì a velocità di trasmissione serà un pocu più veloce di quella di a linea di striscia. I dati empirici cumunimenti usati sò chì u ritardu di traccia di a linea di microstrip hè di circa 140ps / inch, è u ritardu di traccia di a stripline hè di circa 166ps / inch.

Comu dissi prima, ci hè solu un scopu, vale à dì, a trasmissione di signale nantu à u PCB hè ritardata! Vale à dì, u signale ùn hè micca trasmessu à l’altru pin per u filatu in un mumentu dopu chì un pin hè mandatu. Ancu s’è a velocità di trasmissione di u signale hè assai veloce, finu à chì a lunghezza di traccia hè abbastanza longa, averà ancu affettatu a trasmissione di u signale. Per esempiu, per un signalu di 1GHz, u periodu hè 1ns, è u tempu di l’arghjentu o di caduta hè di circa un decimu di u periodu, allora hè 100ps. Se a durata di a nostra traccia supera 1 inch (circa 2.54 cm), allura u ritardu di trasmissione serà più cà un rising edge. Se a traccia supera 8 inch (circa 20 cm), allura u ritardu serà un ciclu sanu!

Risulta chì u PCB hà un impattu cusì grande, hè assai cumuni per i nostri bordi per avè più di 1inch tracce. U ritardu affetterà u funziunamentu normale di u bordu? Fighjendu u sistema attuale, s’ellu hè solu un signalu è ùn vulete micca disattivà altri signali, allura u ritardu ùn pare micca avè un effettu. In ogni casu, in un sistema d’alta velocità, stu ritardu hà da esse veramente effettu. Per esempiu, i nostri particeddi di memoria cumuni sò cunnessi in a forma di un busu, cù linee di dati, linee di indirizzu, orologi è linee di cuntrollu. Fighjate à a nostra interfaccia video. Ùn importa micca quanti canali sò HDMI o DVI, cuntene canali di dati è canali di clock. O alcuni protocoli di bus, chì sò tutti trasmissioni sincrone di dati è clock. Allora, in un sistema d’alta velocità attuale, sti signali di clock è segnali di dati sò mandati sincronicamente da u chip principale. Se u nostru disignu di traccia PCB hè poviru, a durata di u signale di u clock è u signale di dati hè assai sfarente. Hè facilitu per causà campionamentu sbagliatu di dati, è tandu tuttu u sistema ùn funziona micca nurmale.

Chì duvemu fà per risolve stu prublema? Naturalmente, penseremu chì, se i tracce di corta lunghezza sò allungati in modu chì e tracce longhi di u stessu gruppu sò listessi, allura u ritardu serà u listessu? Cumu allargà u filatu? Andate in giru ! Bingo ! Ùn hè micca faciule di vultà infine à u sughjettu. Questa hè a funzione principale di a linea serpentina in u sistema d’alta veloce. Avvolgimentu, lunghezza uguale. Hè cusì simplice. A linea serpentina hè aduprata per ventu a lunghezza uguale. By drawing a linea serpentine, pudemu fà u listessu gruppu di signali hannu a listessa lunghezza, cusì chì dopu à u chip riceve riceve u signale, i dati ùn sarà causatu da i sfarenti ritardu nant’à u traccia PCB. Scelta sbagliata. A linea serpentina hè listessa chì e tracce nantu à l’altri schede PCB.

Sò usati per cunnette i signali, ma sò più longu è ùn anu micca. Allora a linea serpentina ùn hè micca prufonda è micca troppu cumplicata. Siccomu hè u listessu cum’è l’altri cablaggi, certi reguli di cablaggio cumunimenti usati sò ancu applicabili à e linee serpentine. À u listessu tempu, per via di a struttura speciale di e linee serpentine, duvete attente à questu quandu u filatu. Per esempiu, pruvate à mantene e linee serpentine parallele à l’altri più luntanu. Shorter, vale à dì, andate intornu à una curva grande cum’è dice a parolla, ùn andate micca troppu densu è troppu chjucu in una zona chjuca.

Tuttu chistu aiuta à riduce l’interferenza di u signale. A linea di serpentina averà una mala influenza nantu à u signale per via di l’aumentu artificiale di a lunghezza di a linea, per quessa ch’ella pò scuntrà i requisiti di timing in u sistema, ùn l’utilizanu micca. Certi ingegneri utilizanu DDR o signali d’alta velocità per fà u gruppu tutale uguale. I linii serpenti volanu in tuttu u bordu. Sembra chì questu hè megliu cablatu. In fatti, questu hè pigro è irresponsibile. Parechji lochi chì ùn anu micca bisognu di ferite sò feriti, chì perdi l’area di u bordu, è riduce ancu a qualità di u signale. Avemu da calculà a redundanza di ritardu secondu i requisiti di velocità di u signale attuale, in modu di determinà e regule di cablaggio di u bordu.

In più di a funzione di lunghizza uguale, parechje altre funzioni di a linea di serpentina sò spessu citati in articuli in Internet, cusì vi parraraghju ancu in breve quì.

1. Una di e parolle chì spessu vecu hè u rolu di l’impedenza matching. Sta dichjarazione hè assai strana. L’impedenza di a traccia PCB hè ligata à a larghezza di a linea, a constante dielettrica è a distanza di u pianu di riferimentu. Quandu hè in relazione cù a linea serpentina? Quandu a forma di a traccia affetta l’impedenza? Ùn sò micca da induve vene a fonte di sta dichjarazione.

2. hè ancu dettu chì hè u rolu di filtru. Questa funzione ùn pò micca esse dichjaratu chì hè assente, ma ùn deve esse micca funzione di filtrazione in circuiti digitale o ùn avemu micca bisognu di utilizà sta funzione in circuiti digitale. In u circuitu di freccia di radiofrequenza, a traccia di serpentina pò furmà un circuitu LC. S’ellu hà un effettu di filtrazione nantu à un certu signalu di frequenza, hè sempre u passatu.

3. Receive antenna. Questu pò esse. Pudemu vede stu effettu nantu à certi telefunini o radiu. Certi antenni sò fatti cù tracce PCB.

4. Inductance. Questu pò esse. Tutte e tracce nantu à u PCB urigginariamente anu inductance parassita. Hè pussibule di fà alcuni induttori di PCB.

5. Fuse. Stu effettu mi face perplessu. Cumu funziona u filu serpentina curtu è strettu cum’è un fusible? Bruciate quandu u currente hè altu? U bordu ùn hè micca scrapped, u prezzu di stu fusible hè troppu altu, ùn sò veramente micca sapè in quale tipu d’applicazione serà utilizatu.

Per mezu di l’intruduzioni sopra, pudemu chjarificà chì in i circuiti di freccia analogica o di radiofrequenza, e linee serpentine anu alcune funzioni speciale, chì sò determinate da e caratteristiche di e linee microstrip. In u disignu di u circuitu digitale, a linea serpentina hè aduprata per una lunghezza uguale per ottene u timing matching. Inoltre, a linea di serpentina affettarà a qualità di u signale, cusì i bisogni di u sistema deve esse clarificatu in u sistema, a redundanza di u sistema deve esse calculata secondu i bisogni attuali, è a linea di serpentina deve esse usata cun prudenza.