Abychom pochopili hadovitou linii, pojďme si něco říct PCB nejprve směrování. Zdá se, že tento pojem není třeba představovat. Nedělá hardwarový inženýr každý den elektroinstalaci? Hardwarový inženýr vykresluje každou stopu na desce plošných spojů jednu po druhé. Co lze říci? Ve skutečnosti toto jednoduché směrování obsahuje také mnoho znalostních bodů, které obvykle ignorujeme. Například koncept mikropáskového vedení a páskového vedení. Jednoduše řečeno, mikropásková linka je stopa, která běží na povrchu desky PCB, a pásková linka je stopa, která běží na vnitřní vrstvě PCB. Jaký je rozdíl mezi těmito dvěma řádky?

Referenční rovina mikropáskového vedení je základní rovinou vnitřní vrstvy DPS a druhá strana stopy je vystavena vzduchu, což způsobuje nekonzistenci dielektrické konstanty kolem stopy. Například dielektrická konstanta našeho běžně používaného substrátu FR4 je kolem 4.2, dielektrická konstanta vzduchu je 1. Na horní i spodní straně pruhové linie jsou referenční roviny, celá stopa je zapuštěna do substrátu PCB, a dielektrická konstanta kolem stopy je stejná. To také způsobí, že vlna TEM je přenášena na páskovém vedení, zatímco kvazi-TEM vlna je přenášena na mikropáskovém vedení. Proč je to kvazi-TEM vlna? To je způsobeno fázovým nesouladem na rozhraní mezi vzduchem a substrátem PCB. Co je TEM vlna? Pokud se v této problematice ponoříte hlouběji, nebudete ji schopni dokončit za deset a půl měsíce.

Abych to zkrátil, ať už se jedná o mikropáskové vedení nebo páskové vedení, jejich úlohou není nic jiného než přenášet signály, ať už digitální nebo analogové. Tyto signály jsou přenášeny ve formě elektromagnetických vln z jednoho konce na druhý ve stopě. Protože je to vlna, musí tam být rychlost. Jaká je rychlost signálu na stopě PCB? Podle rozdílu dielektrické konstanty se liší i otáčky. Rychlost šíření elektromagnetických vln ve vzduchu je známá rychlost světla. Rychlost šíření v jiných médiích se musí vypočítat podle následujícího vzorce:

V=C/Er0.5

Mezi nimi V je rychlost šíření v médiu, C je rychlost světla a Er je dielektrická konstanta média. Prostřednictvím tohoto vzorce můžeme snadno vypočítat přenosovou rychlost signálu na trasování PCB. Například jednoduše vezmeme dielektrickou konstantu základního materiálu FR4 do vzorce, abychom ji vypočítali, to znamená, že přenosová rychlost signálu v základním materiálu FR4 je poloviční než rychlost světla. Protože však polovina mikropáskového vedení na povrchu je ve vzduchu a polovina v substrátu, dielektrická konstanta se mírně sníží, takže přenosová rychlost bude o něco vyšší než u páskového vedení. Běžně používaná empirická data jsou taková, že zpoždění stopy mikropáskového vedení je přibližně 140 ps/palec a zpoždění stopy páskového vedení je přibližně 166 ps/palec.

Jak jsem již řekl, existuje pouze jeden účel, a to, že přenos signálu na PCB je zpožděn! To znamená, že signál není přenášen na druhý pin přes kabeláž v okamžiku po odeslání jednoho pinu. Přestože je rychlost přenosu signálu velmi vysoká, pokud je délka stopy dostatečně dlouhá, bude to stále ovlivňovat přenos signálu. Například pro signál 1GHz je perioda 1ns a doba náběžné nebo sestupné hrany je asi jedna desetina periody, pak je to 100ps. Pokud délka naší stopy přesáhne 1 palec (přibližně 2.54 cm), bude zpoždění přenosu větší než vzestupná hrana. Pokud stopa přesáhne 8 palců (přibližně 20 cm), bude zpoždění celý cyklus!

Ukázalo se, že PCB má tak velký dopad, že je velmi běžné, že naše desky mají stopy více než 1 palec. Bude mít zpoždění vliv na běžný provoz desky? Když se podíváte na skutečný systém, pokud je to jen signál a nechcete vypínat další signály, pak se zdá, že zpoždění nemá žádný vliv. Ve vysokorychlostním systému se však toto zpoždění skutečně projeví. Například naše běžné paměťové částice jsou spojeny ve formě sběrnice s datovými linkami, adresovými linkami, hodinami a řídicími linkami. Podívejte se na naše video rozhraní. Bez ohledu na to, kolik kanálů je HDMI nebo DVI, bude obsahovat datové kanály a kanály hodin. Nebo některé sběrnicové protokoly, z nichž všechny jsou synchronní přenos dat a hodin. Ve skutečném vysokorychlostním systému jsou pak tyto hodinové signály a datové signály synchronně odesílány z hlavního čipu. Pokud je náš návrh trasování PCB špatný, délka hodinového signálu a datového signálu se velmi liší. Je snadné způsobit nesprávné vzorkování dat a celý systém pak nebude fungovat normálně.

Co bychom měli udělat, abychom tento problém vyřešili? Přirozeně bychom si mysleli, že pokud se krátké stopy prodlouží tak, že délky stop stejné skupiny budou stejné, bude zpoždění stejné? Jak prodloužit kabeláž? Jít kolem! Bingo! Není snadné se konečně k tématu vrátit. Toto je hlavní funkce hadovitého vedení ve vysokorychlostním systému. Navíjení, stejná délka. Je to tak jednoduché. Hadovitý vlasec se používá k navinutí stejné délky. Nakreslením hadovité čáry můžeme zajistit, aby stejná skupina signálů měla stejnou délku, takže poté, co přijímací čip přijme signál, nebudou data způsobena různými zpožděními na stopě PCB. Špatný výběr. Hadovitá čára je stejná jako stopy na ostatních deskách plošných spojů.

Používají se ke spojení signálů, ale jsou delší a nemají to. Hadovitá linie tedy není hluboká a ani příliš složitá. Vzhledem k tomu, že je to stejné jako u jiných kabelů, některá běžně používaná pravidla pro zapojení platí také pro hadovité vedení. Zároveň, vzhledem ke speciální struktuře hadovitých linií, byste jí měli věnovat pozornost při zapojování. Zkuste například držet hadovité čáry paralelně k sobě dále. Kratší, tedy objet velkou zatáčku lidově, nejezděte příliš hustě a na malé ploše.

To vše pomáhá snížit rušení signálu. Hadovité vedení bude mít špatný vliv na signál kvůli umělému zvětšení délky vedení, takže pokud může splňovat požadavky na časování v systému, nepoužívejte ho. Někteří inženýři používají DDR nebo vysokorychlostní signály, aby byla celá skupina stejně dlouhá. Hadovité čáry létají po celé desce. Zdá se, že je to lepší zapojení. Ve skutečnosti je to líné a nezodpovědné. Mnoho míst, která není třeba navíjet, je navinutých, což plýtvá plochou desky a také snižuje kvalitu signálu. Měli bychom vypočítat redundanci zpoždění podle skutečných požadavků na rychlost signálu, abychom určili pravidla zapojení desky.

Kromě funkce stejné délky je v článcích na internetu často zmiňováno několik dalších funkcí hadovité čáry, takže o ní zde také krátce pohovořím.

1. Jedním ze slov, které často vidím, je role impedančního přizpůsobení. Toto tvrzení je velmi zvláštní. Impedance stopy PCB souvisí s šířkou čáry, dielektrickou konstantou a vzdáleností referenční roviny. Kdy souvisí s hadovitou linií? Kdy tvar stopy ovlivňuje impedanci? Nevím, odkud pochází zdroj tohoto tvrzení.

2. také se říká, že je to role filtrování. O této funkci nelze říci, že by chyběla, ale v digitálních obvodech by neměla být žádná funkce filtrování nebo tuto funkci v digitálních obvodech používat nemusíme. V radiofrekvenčním obvodu může hadovitá stopa tvořit LC obvod. Pokud má filtrační účinek na určitý frekvenční signál, je to stále minulost.

3. Přijímací anténa. To může být. Tento efekt můžeme vidět na některých mobilních telefonech nebo rádiích. Některé antény jsou vyrobeny se stopami PCB.

4. Indukčnost. To může být. Všechny stopy na DPS mají původně parazitní indukčnost. Je dosažitelné vyrobit nějaké induktory PCB.

5. Pojistka. Tento efekt mě udivuje. Jak funguje krátký a úzký hadovitý drát jako pojistka? Vyhořet, když je proud vysoký? Deska není sešrotovaná, cena této pojistky je příliš vysoká, opravdu nevím v jaké aplikaci bude použita.

Prostřednictvím výše uvedeného úvodu můžeme objasnit, že v analogových nebo radiofrekvenčních obvodech mají hadovitá vedení některé speciální funkce, které jsou určeny vlastnostmi mikropáskových vedení. V návrhu digitálního obvodu se hadovitá čára používá pro stejnou délku, aby se dosáhlo přizpůsobení časování. Hadovitá linie navíc ovlivní kvalitu signálu, proto by měly být v systému vyjasněny systémové požadavky, redundance systému by měla být vypočtena podle skutečných požadavků a hadovitá linie by měla být používána opatrně.