Para entender la línea serpentina, hablemos de PCB enrutamiento primero. No parece que sea necesario introducir este concepto. ¿No hace el ingeniero de hardware el trabajo de cableado todos los días? El ingeniero de hardware dibuja uno por uno cada rastro en la PCB. ¿Qué se puede decir? De hecho, este enrutamiento simple también contiene muchos puntos de conocimiento que generalmente ignoramos. Por ejemplo, el concepto de línea de microcinta y línea de banda. En pocas palabras, la línea de microcinta es el rastro que se ejecuta en la superficie de la placa de PCB, y la línea de banda es el rastro que se ejecuta en la capa interna de la PCB. ¿Cuál es la diferencia entre estas dos líneas?

El plano de referencia de la línea de microcinta es el plano de tierra de la capa interna de la PCB, y el otro lado de la traza está expuesto al aire, lo que hace que la constante dieléctrica alrededor de la traza sea inconsistente. Por ejemplo, la constante dieléctrica de nuestro sustrato FR4 de uso común es de alrededor de 4.2, la constante dieléctrica del aire es 1. Hay planos de referencia en los lados superior e inferior de la línea de tira, toda la traza está incrustada en el sustrato de PCB, y la constante dieléctrica alrededor de la traza es la misma. Esto también hace que la onda TEM se transmita en la línea de banda, mientras que la onda cuasi-TEM se transmite en la línea de microbanda. ¿Por qué es una onda cuasi-TEM? Eso se debe al desajuste de fase en la interfaz entre el aire y el sustrato de PCB. ¿Qué es la onda TEM? Si profundiza en este tema, no podrá terminarlo en diez meses y medio.

Para abreviar la historia, ya sea una línea de microcinta o una línea de banda, su función no es más que transportar señales, ya sean señales digitales o señales analógicas. Estas señales se transmiten en forma de ondas electromagnéticas de un extremo al otro en la traza. Dado que es una ola, debe haber velocidad. ¿Cuál es la velocidad de la señal en la traza de la PCB? Según la diferencia en la constante dieléctrica, la velocidad también es diferente. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el aire es la conocida velocidad de la luz. La velocidad de propagación en otros medios debe calcularse mediante la siguiente fórmula:

V = C / Er0.5

Entre ellos, V es la velocidad de propagación en el medio, C es la velocidad de la luz y Er es la constante dieléctrica del medio. A través de esta fórmula, podemos calcular fácilmente la velocidad de transmisión de la señal en la traza de la PCB. Por ejemplo, simplemente tomamos la constante dieléctrica del material base FR4 en la fórmula para calcularla, es decir, la velocidad de transmisión de la señal en el material base FR4 es la mitad de la velocidad de la luz. Sin embargo, debido a que la mitad de la línea de microcinta trazada en la superficie está en el aire y la otra mitad en el sustrato, la constante dieléctrica se reducirá ligeramente, por lo que la velocidad de transmisión será un poco más rápida que la de la línea de la tira. Los datos empíricos comúnmente utilizados son que el retraso de la traza de la línea de microcinta es de aproximadamente 140 ps / pulgada, y el retraso de la traza de la línea de banda es de aproximadamente 166 ps / pulgada.

Como dije antes, solo hay un propósito, es decir, ¡la transmisión de la señal en la PCB se retrasa! Es decir, la señal no se transmite al otro pin a través del cableado en un instante después de que se envía un pin. Aunque la velocidad de transmisión de la señal es muy rápida, siempre que la longitud de la traza sea lo suficientemente larga, seguirá afectando la transmisión de la señal. Por ejemplo, para una señal de 1 GHz, el período es 1ns, y el tiempo del flanco ascendente o descendente es aproximadamente una décima parte del período, entonces es 100ps. Si la longitud de nuestra traza excede 1 pulgada (aproximadamente 2.54 cm), entonces el retardo de transmisión será más que un borde ascendente. Si el trazo excede las 8 pulgadas (aproximadamente 20 cm), entonces el retraso será un ciclo completo.

Resulta que la PCB tiene un impacto tan grande que es muy común que nuestras placas tengan trazas de más de 1 pulgada. ¿Afectará el retraso el funcionamiento normal de la placa? Mirando el sistema real, si es solo una señal y no desea apagar otras señales, entonces el retraso no parece tener ningún efecto. Sin embargo, en un sistema de alta velocidad, este retraso se hará efectivo. Por ejemplo, nuestras partículas de memoria comunes están conectadas en forma de bus, con líneas de datos, líneas de dirección, relojes y líneas de control. Eche un vistazo a nuestra interfaz de video. No importa cuántos canales sean HDMI o DVI, contendrá canales de datos y canales de reloj. O algunos protocolos de bus, todos los cuales son transmisión síncrona de datos y reloj. Luego, en un sistema real de alta velocidad, estas señales de reloj y señales de datos se envían sincrónicamente desde el chip principal. Si nuestro diseño de traza de PCB es deficiente, la longitud de la señal de reloj y la señal de datos es muy diferente. Es fácil provocar un muestreo incorrecto de datos y, entonces, todo el sistema no funcionará normalmente.

¿Qué debemos hacer para solucionar este problema? Naturalmente, pensaríamos que si las trazas de corta longitud se alargan de modo que las longitudes de las trazas del mismo grupo sean las mismas, ¿entonces el retraso será el mismo? ¿Cómo alargar el cableado? ¡Andar! ¡Bingo! No es fácil volver finalmente al tema. Esta es la función principal de la línea serpentina en el sistema de alta velocidad. Bobinado, igual longitud. Es así de simple. La línea serpenteante se usa para enrollar la misma longitud. Al dibujar la línea serpenteante, podemos hacer que el mismo grupo de señales tenga la misma longitud, de modo que después de que el chip receptor reciba la señal, los datos no sean causados ​​por los diferentes retrasos en la traza de la PCB. Selección incorrecta. La línea serpentina es la misma que las huellas en otras placas PCB.

Se usan para conectar las señales, pero son más largas y no las tienen. Entonces, la línea serpenteante no es profunda ni demasiado complicada. Dado que es igual que otros cables, algunas reglas de cableado de uso común también se aplican a las líneas serpentinas. Al mismo tiempo, debido a la estructura especial de las líneas serpentinas, debe prestarle atención al realizar el cableado. Por ejemplo, intente mantener las líneas serpenteantes paralelas entre sí más lejos. Más corto, es decir, dé la vuelta a una gran curva como dice el refrán, no vaya demasiado denso y demasiado pequeño en un área pequeña.

Todo esto ayuda a reducir la interferencia de la señal. La línea serpentina tendrá una mala influencia en la señal debido al aumento artificial de la longitud de la línea, por lo que siempre que pueda cumplir con los requisitos de sincronización del sistema, no la use. Algunos ingenieros usan DDR o señales de alta velocidad para hacer que todo el grupo tenga la misma longitud. Las líneas serpenteantes vuelan por todo el tablero. Parece que este es un mejor cableado. De hecho, esto es vago e irresponsable. Muchos lugares que no necesitan ser enrollados están enrollados, lo que desperdicia el área de la placa y también reduce la calidad de la señal. Debemos calcular la redundancia de retardo de acuerdo con los requisitos de velocidad de la señal real, a fin de determinar las reglas de cableado de la placa.

Además de la función de igual longitud, muchas otras funciones de la línea serpentina se mencionan a menudo en artículos en Internet, por lo que también hablaré brevemente sobre ello aquí.

1. Una de las palabras que veo a menudo es el papel del emparejamiento de impedancias. Esta afirmación es muy extraña. La impedancia de la traza de la PCB está relacionada con el ancho de línea, la constante dieléctrica y la distancia del plano de referencia. ¿Cuándo está relacionado con la línea serpentina? ¿Cuándo afecta la forma de la traza a la impedancia? No sé de dónde viene la fuente de esta declaración.

2. También se dice que es función de filtrado. No se puede decir que esta función esté ausente, pero no debería haber función de filtrado en circuitos digitales o no es necesario utilizar esta función en circuitos digitales. En el circuito de radiofrecuencia, la traza serpentina puede formar un circuito LC. Si tiene un efecto de filtrado en una determinada señal de frecuencia, sigue siendo el pasado.

3. Antena receptora. Esto puede ser. Podemos ver este efecto en algunos teléfonos móviles o radios. Algunas antenas están hechas con trazas de PCB.

4. Inductancia. Esto puede ser. Todos los rastros en la PCB tienen originalmente inductancia parásita. Es posible fabricar algunos inductores de PCB.

5. Fusible. Este efecto me desconcierta. ¿Cómo funciona el cable serpentino corto y estrecho como fusible? ¿Quemarme cuando la corriente es alta? La placa no está desechada, el precio de este fusible es demasiado alto, realmente no sé en qué tipo de aplicación se utilizará.

A través de la introducción anterior, podemos aclarar que en los circuitos analógicos o de radiofrecuencia, las líneas serpentinas tienen algunas funciones especiales, las cuales están determinadas por las características de las líneas microstrip. En el diseño de circuitos digitales, la línea serpentina se utiliza para lograr la misma longitud para lograr la sincronización. Además, la línea serpentina afectará la calidad de la señal, por lo que los requisitos del sistema deben aclararse en el sistema, la redundancia del sistema debe calcularse de acuerdo con los requisitos reales y la línea serpentina debe usarse con precaución.