Για να κατανοήσουμε τη σερπεντίνη γραμμή, ας μιλήσουμε για PCB δρομολόγηση πρώτα. Αυτή η έννοια δεν φαίνεται να χρειάζεται να εισαχθεί. Ο μηχανικός υλικού δεν κάνει εργασίες καλωδίωσης κάθε μέρα; Κάθε ίχνος στο PCB ανασύρεται ένα προς ένα από τον μηχανικό υλικού. Τι μπορεί να ειπωθεί; Στην πραγματικότητα, αυτή η απλή δρομολόγηση περιέχει επίσης πολλά σημεία γνώσης που συνήθως αγνοούμε. Για παράδειγμα, η έννοια της γραμμής microstrip και της γραμμής stripline. Με απλά λόγια, η γραμμή microstrip είναι το ίχνος που τρέχει στην επιφάνεια της πλακέτας PCB και το stripline είναι το ίχνος που τρέχει στο εσωτερικό στρώμα του PCB. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο γραμμών;

Το επίπεδο αναφοράς της γραμμής μικρολωρίδας είναι το επίπεδο γείωσης του εσωτερικού στρώματος του PCB και η άλλη πλευρά του ίχνους είναι εκτεθειμένη στον αέρα, γεγονός που κάνει τη διηλεκτρική σταθερά γύρω από το ίχνος να είναι ασυνεπής. Για παράδειγμα, η διηλεκτρική σταθερά του συνήθως χρησιμοποιούμενου υποστρώματος FR4 είναι περίπου 4.2, η διηλεκτρική σταθερά του αέρα είναι 1. Υπάρχουν επίπεδα αναφοράς τόσο στην άνω όσο και στην κάτω πλευρά της γραμμής λωρίδας, ολόκληρο το ίχνος είναι ενσωματωμένο στο υπόστρωμα PCB. και η διηλεκτρική σταθερά γύρω από το ίχνος είναι η ίδια. Αυτό προκαλεί επίσης τη μετάδοση του κύματος TEM στη γραμμή λωρίδας, ενώ το οιονεί κύμα TEM μεταδίδεται στη γραμμή μικροταινιών. Γιατί είναι ένα οιονεί κύμα TEM; Αυτό οφείλεται στην αναντιστοιχία φάσης στη διεπαφή μεταξύ του αέρα και του υποστρώματος PCB. Τι είναι το κύμα TEM; Αν σκάψετε βαθύτερα σε αυτό το θέμα, δεν θα μπορέσετε να το ολοκληρώσετε σε δεκαμισι μήνες.

Για να είναι μια μεγάλη ιστορία, είτε πρόκειται για μια γραμμή microstrip είτε για μια γραμμή stripline, ο ρόλος τους δεν είναι τίποτα άλλο από το να μεταφέρουν σήματα, είτε ψηφιακά είτε αναλογικά σήματα. Αυτά τα σήματα μεταδίδονται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από το ένα άκρο στο άλλο στο ίχνος. Αφού είναι κύμα, πρέπει να υπάρχει ταχύτητα. Ποια είναι η ταχύτητα του σήματος στο ίχνος PCB; Σύμφωνα με τη διαφορά στη διηλεκτρική σταθερά, η ταχύτητα είναι επίσης διαφορετική. Η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον αέρα είναι η γνωστή ταχύτητα του φωτός. Η ταχύτητα διάδοσης σε άλλα μέσα πρέπει να υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο:

V=C/Er0.5

Μεταξύ αυτών, το V είναι η ταχύτητα διάδοσης στο μέσο, ​​το C είναι η ταχύτητα του φωτός και το Er είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου. Μέσω αυτού του τύπου, μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε την ταχύτητα μετάδοσης του σήματος στο ίχνος PCB. Για παράδειγμα, απλά παίρνουμε τη διηλεκτρική σταθερά του βασικού υλικού FR4 στον τύπο για να την υπολογίσουμε, δηλαδή, η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος στο βασικό υλικό FR4 είναι η μισή της ταχύτητας του φωτός. Ωστόσο, επειδή η μισή γραμμή μικρολωρίδας που ιχνογραφείται στην επιφάνεια βρίσκεται στον αέρα και η μισή στο υπόστρωμα, η διηλεκτρική σταθερά θα μειωθεί ελαφρώς, επομένως η ταχύτητα μετάδοσης θα είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από αυτή της γραμμής ταινίας. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα εμπειρικά δεδομένα είναι ότι η καθυστέρηση ίχνους της γραμμής μικρολωρίδων είναι περίπου 140ps/ίντσα και η καθυστέρηση ίχνους της γραμμής λωρίδας είναι περίπου 166ps/ίντσα.

Όπως είπα και πριν, υπάρχει μόνο ένας σκοπός, δηλαδή η μετάδοση του σήματος στο PCB καθυστερεί! Δηλαδή, το σήμα δεν μεταδίδεται στον άλλο ακροδέκτη μέσω της καλωδίωσης σε μια στιγμή μετά την αποστολή ενός ακροδέκτη. Αν και η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος είναι πολύ γρήγορη, εφόσον το μήκος του ίχνους είναι αρκετά μεγάλο, θα εξακολουθεί να επηρεάζει τη μετάδοση του σήματος. Για παράδειγμα, για ένα σήμα 1 GHz, η περίοδος είναι 1 ns και ο χρόνος της ανόδου ή της πτώσης είναι περίπου το ένα δέκατο της περιόδου, μετά είναι 100 ps. Εάν το μήκος του ίχνους μας υπερβαίνει τη 1 ίντσα (περίπου 2.54 cm), τότε η καθυστέρηση μετάδοσης θα είναι μεγαλύτερη από μια ανερχόμενη άκρη. Εάν το ίχνος υπερβαίνει τις 8 ίντσες (περίπου 20 cm), τότε η καθυστέρηση θα είναι ένας πλήρης κύκλος!

Αποδεικνύεται ότι το PCB έχει τόσο μεγάλο αντίκτυπο, που είναι πολύ συνηθισμένο οι πλακέτες μας να έχουν περισσότερα από 1 ίντσα ίχνη. Θα επηρεάσει η καθυστέρηση την κανονική λειτουργία της πλακέτας; Κοιτάζοντας το πραγματικό σύστημα, αν είναι απλώς ένα σήμα και δεν θέλετε να απενεργοποιήσετε άλλα σήματα, τότε η καθυστέρηση δεν φαίνεται να έχει κανένα αποτέλεσμα. Ωστόσο, σε ένα σύστημα υψηλής ταχύτητας, αυτή η καθυστέρηση θα τεθεί πραγματικά σε ισχύ. Για παράδειγμα, τα κοινά μας σωματίδια μνήμης συνδέονται με τη μορφή διαύλου, με γραμμές δεδομένων, γραμμές διευθύνσεων, ρολόγια και γραμμές ελέγχου. Ρίξτε μια ματιά στη διεπαφή βίντεο μας. Ανεξάρτητα από το πόσα κανάλια είναι HDMI ή DVI, θα περιέχει κανάλια δεδομένων και κανάλια ρολογιού. Ή ορισμένα πρωτόκολλα διαύλου, τα οποία είναι όλα σύγχρονη μετάδοση δεδομένων και ρολογιού. Στη συνέχεια, σε ένα πραγματικό σύστημα υψηλής ταχύτητας, αυτά τα σήματα ρολογιού και τα σήματα δεδομένων αποστέλλονται συγχρονισμένα από το κύριο τσιπ. Εάν η σχεδίαση ίχνους PCB είναι κακή, το μήκος του σήματος ρολογιού και του σήματος δεδομένων είναι πολύ διαφορετικό. Είναι εύκολο να προκληθεί λάθος δειγματοληψία δεδομένων και τότε ολόκληρο το σύστημα δεν θα λειτουργήσει κανονικά.

Τι πρέπει να κάνουμε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα; Φυσικά, θα πιστεύαμε ότι εάν τα ίχνη μικρού μήκους επιμηκυνθούν έτσι ώστε τα μήκη των ιχνών της ίδιας ομάδας να είναι ίδια, τότε η καθυστέρηση θα είναι η ίδια; Πώς να επιμηκύνω την καλωδίωση; Πηγαινω τριγυρω! Λοταρία! Δεν είναι εύκολο να επιστρέψουμε επιτέλους στο θέμα. Αυτή είναι η κύρια λειτουργία της σερπεντίνης γραμμής στο σύστημα υψηλής ταχύτητας. Περιέλιξη, ίσου μήκους. Είναι τόσο απλό. Η οφιοειδής γραμμή χρησιμοποιείται για την περιέλιξη ίσου μήκους. Σχεδιάζοντας την οφιοειδής γραμμή, μπορούμε να κάνουμε την ίδια ομάδα σημάτων να έχει το ίδιο μήκος, έτσι ώστε αφού το τσιπ λήψης λάβει το σήμα, τα δεδομένα να μην προκαλούνται από τις διαφορετικές καθυστερήσεις στο ίχνος PCB. Λάθος επιλογή. Η σερπεντίνη γραμμή είναι ίδια με τα ίχνη σε άλλες πλακέτες PCB.

Χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των σημάτων, αλλά είναι μακρύτερα και δεν το έχουν. Έτσι, η οφιοειδής γραμμή δεν είναι βαθιά και δεν είναι πολύ περίπλοκη. Δεδομένου ότι είναι το ίδιο με άλλες καλωδιώσεις, ορισμένοι συνήθεις κανόνες καλωδίωσης ισχύουν και για τις σερπεντινικές γραμμές. Ταυτόχρονα, λόγω της ειδικής δομής των σερπεντινικών γραμμών, θα πρέπει να το προσέξεις κατά την καλωδίωση. Για παράδειγμα, προσπαθήστε να κρατήσετε τις οφιοειδείς γραμμές παράλληλες μεταξύ τους μακρύτερα. Πιο κοντός, δηλαδή, περάστε μια μεγάλη στροφή που λέει η παροιμία, μην πηγαίνετε πολύ πυκνά και πολύ μικρά σε μια μικρή περιοχή.

Όλα αυτά συμβάλλουν στη μείωση των παρεμβολών σήματος. Η οφιοειδής γραμμή θα έχει κακή επίδραση στο σήμα λόγω της τεχνητής αύξησης του μήκους της γραμμής, οπότε εφόσον μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις χρονισμού στο σύστημα, μην τη χρησιμοποιείτε. Μερικοί μηχανικοί χρησιμοποιούν σήματα DDR ή υψηλής ταχύτητας για να κάνουν ολόκληρη την ομάδα ίσο μήκος. Οι σερπεντινές γραμμές πετούν σε όλο το ταμπλό. Φαίνεται ότι αυτή είναι καλύτερη καλωδίωση. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι τεμπέλης και ανεύθυνο. Πολλά σημεία που δεν χρειάζεται να τυλιχτούν είναι τυλιγμένα, γεγονός που σπαταλά την περιοχή της σανίδας και επίσης μειώνει την ποιότητα του σήματος. Θα πρέπει να υπολογίσουμε τον πλεονασμό καθυστέρησης σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις ταχύτητας σήματος, ώστε να καθορίσουμε τους κανόνες καλωδίωσης της πλακέτας.

Εκτός από τη συνάρτηση ίσου μήκους, πολλές άλλες λειτουργίες της σερπεντίνης γραμμής αναφέρονται συχνά σε άρθρα στο Διαδίκτυο, οπότε θα μιλήσω επίσης εν συντομία εδώ.

1. Μία από τις λέξεις που βλέπω συχνά είναι ο ρόλος της αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης. Αυτή η δήλωση είναι πολύ περίεργη. Η σύνθετη αντίσταση του ίχνους PCB σχετίζεται με το πλάτος γραμμής, τη διηλεκτρική σταθερά και την απόσταση του επιπέδου αναφοράς. Πότε σχετίζεται με τη σερπεντίνη γραμμή; Πότε το σχήμα του ίχνους επηρεάζει την σύνθετη αντίσταση; Δεν ξέρω από πού προέρχεται αυτή η δήλωση.

2. λέγεται επίσης ότι είναι ο ρόλος του φιλτραρίσματος. Αυτή η λειτουργία δεν μπορεί να λεχθεί ότι απουσιάζει, αλλά δεν θα πρέπει να υπάρχει λειτουργία φιλτραρίσματος σε ψηφιακά κυκλώματα ή δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσουμε αυτήν τη λειτουργία σε ψηφιακά κυκλώματα. Στο κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων, το σερπεντινικό ίχνος μπορεί να σχηματίσει ένα κύκλωμα LC. Αν έχει αποτέλεσμα φιλτραρίσματος σε ένα σήμα συγκεκριμένης συχνότητας, είναι ακόμα παρελθόν.

3. Κεραία λήψης. Αυτό μπορεί να είναι. Μπορούμε να δούμε αυτό το αποτέλεσμα σε ορισμένα κινητά τηλέφωνα ή ραδιόφωνα. Ορισμένες κεραίες είναι κατασκευασμένες με ίχνη PCB.

4. Επαγωγή. Αυτό μπορεί να είναι. Όλα τα ίχνη στο PCB έχουν αρχικά παρασιτική επαγωγή. Είναι εφικτό να κατασκευαστούν μερικά επαγωγικά PCB.

5. Ασφάλεια. Αυτό το αποτέλεσμα με κάνει να προβληματίζομαι. Πώς λειτουργεί το κοντό και στενό φιδίσιο σύρμα ως ασφάλεια; Καίγομαι όταν το ρεύμα είναι υψηλό; Η πλακέτα δεν έχει χαλάσει, η τιμή αυτής της ασφάλειας είναι πολύ υψηλή, πραγματικά δεν ξέρω σε τι είδους εφαρμογή θα χρησιμοποιηθεί.

Μέσα από την παραπάνω εισαγωγή, μπορούμε να διευκρινίσουμε ότι σε αναλογικά ή κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων, οι σερπεντινικές γραμμές έχουν κάποιες ειδικές λειτουργίες, οι οποίες καθορίζονται από τα χαρακτηριστικά των γραμμών microstrip. Στη σχεδίαση ψηφιακού κυκλώματος, η σερπεντίνη γραμμή χρησιμοποιείται για ίσο μήκος για την επίτευξη ταιριάσματος χρονισμού. Επιπλέον, η οφιοειδής γραμμή θα επηρεάσει την ποιότητα του σήματος, επομένως οι απαιτήσεις συστήματος θα πρέπει να διευκρινιστούν στο σύστημα, ο πλεονασμός του συστήματος θα πρέπει να υπολογιστεί σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις και η σερπεντίνη γραμμή θα πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή.