Serpentiinijoone mõistmiseks räägime sellest PCB kõigepealt marsruutimine. Tundub, et seda kontseptsiooni pole vaja tutvustada. Kas riistvarainsener ei tee iga päev juhtmetöid? Riistvarainsener joonistab ükshaaval välja kõik jäljed PCB-l. Mida saab öelda? Tegelikult sisaldab see lihtne marsruutimine ka palju teadmispunkte, mida me tavaliselt ignoreerime. Näiteks mikroribaliini ja ribaliini mõiste. Lihtsamalt öeldes on mikroriba joon jälg, mis jookseb PCB plaadi pinnal, ja ribaliin on jälg, mis jookseb PCB sisemisel kihil. Mis vahe on neil kahel real?

Mikroriba joone võrdlustasapind on PCB sisemise kihi alustasapind ja jälje teine ​​pool on avatud õhule, mis põhjustab jälje ümber oleva dielektrilise konstandi ebaühtluse. Näiteks meie tavaliselt kasutatava FR4 substraadi dielektriline konstant on umbes 4.2, õhu dielektriline konstant on 1. Nii ribajoone ülemisel kui ka alumisel küljel on võrdlustasapinnad, kogu jälg on manustatud PCB substraadile, ja dielektriline konstant jälje ümber on sama. See põhjustab ka TEM-laine edastamise ribaliinil, kvaasi-TEM-laine aga mikroribaliinil. Miks on see kvaasi-TEM-laine? Selle põhjuseks on faaside mittevastavus õhu ja PCB substraadi liideses. Mis on TEM laine? Kui te sellesse teemasse süvenete, ei saa te seda kümne ja poole kuuga lõpetada.

Lühidalt öeldes, olgu see siis mikroriba- või ribaliin, pole nende roll muud kui signaalide edastamine, olgu see siis digitaal- või analoogsignaal. Need signaalid edastatakse elektromagnetlainete kujul jälje ühest otsast teise. Kuna tegemist on lainega, peab kiirus olema. Mis on PCB jäljel oleva signaali kiirus? Vastavalt dielektrilise konstandi erinevusele on ka kiirus erinev. Elektromagnetlainete levimiskiirus õhus on üldtuntud valguse kiirus. Levikiirus teistes keskkondades tuleb arvutada järgmise valemiga:

V=C/Er0.5

Nende hulgas on V levimiskiirus keskkonnas, C on valguse kiirus ja Er on keskkonna dielektriline konstant. Selle valemi abil saame hõlpsalt arvutada PCB jäljel oleva signaali edastuskiiruse. Näiteks võtame selle arvutamiseks valemisse lihtsalt FR4 alusmaterjali dielektrilise konstandi ehk signaali edastuskiirus FR4 alusmaterjalis on pool valguse kiirusest. Kuid kuna pool pinnale jälgitavast mikroriba joonest on õhus ja pool substraadis, väheneb dielektriline konstant veidi, seega on edastuskiirus veidi kiirem kui ribaliinil. Tavaliselt kasutatavad empiirilised andmed on, et mikroriba liini jälgimisviivitus on umbes 140 ps/tolli kohta ja ribaliini jälgimisviivitus on umbes 166 ps/tolli kohta.

Nagu ma enne ütlesin, on ainult üks eesmärk, see tähendab, et signaali edastamine PCB-l viibib! See tähendab, et signaali ei edastata juhtmestiku kaudu teise viigule hetkega pärast ühe viigu saatmist. Kuigi signaali edastuskiirus on väga kiire, mõjutab see siiski signaali edastamist, kui jälje pikkus on piisavalt pikk. Näiteks 1GHz signaali puhul on periood 1ns ja tõusva või langeva serva aeg umbes kümnendik perioodist, siis on see 100ps. Kui meie jälje pikkus ületab 1 tolli (umbes 2.54 cm), on edastusviivitus suurem kui tõusev serv. Kui jälg ületab 8 tolli (umbes 20 cm), on viivitus terve tsükkel!

Selgub, et PCB-l on nii suur mõju, et meie plaatidel on väga sageli rohkem kui 1 tolli jälgi. Kas viivitus mõjutab plaadi normaalset tööd? Vaadates tegelikku süsteemi, kui see on ainult signaal ja te ei soovi teisi signaale välja lülitada, siis ei tundu viivitus mingit mõju. Kuid kiires süsteemis hakkab see viivitus tegelikult kehtima. Näiteks on meie ühised mäluosakesed ühendatud siini kujul andmeliinide, aadressiliinide, kellade ja juhtliinidega. Heitke pilk meie videoliidesele. Ükskõik kui palju kanaleid on HDMI või DVI, sisaldab see andmekanaleid ja kellakanaleid. Või mõned siiniprotokollid, mis kõik on andmete ja kella sünkroonne edastamine. Seejärel saadetakse tegelikus kiires süsteemis need kellasignaalid ja andmesignaalid sünkroonselt põhikiibist. Kui meie PCB jälgimise disain on halb, on kellasignaali ja andmesignaali pikkus väga erinev. Lihtne on põhjustada andmete vale valimi võtmist ja siis ei tööta kogu süsteem normaalselt.

Mida peaksime selle probleemi lahendamiseks tegema? Loomulikult arvaksime, et kui lühikese pikkusega jälgi pikendada nii, et sama rühma jälgede pikkused on samad, siis on viivitus sama? Kuidas juhtmestikku pikendada? Mine ringiga! Bingo! Pole lihtne lõpuks teema juurde tagasi pöörduda. See on serpentiinliini põhifunktsioon kiirsüsteemis. Mähis, võrdne pikkus. Nii lihtne see ongi. Serpentiinjoont kasutatakse võrdse pikkusega kerimiseks. Serpentiinjoont tõmmates saame teha sama signaalirühma sama pikkusega, nii et pärast seda, kui vastuvõttev kiip on signaali vastu võtnud, ei põhjusta andmeid PCB jälje erinevad viivitused. Vale valik. Serpentiinjoon on sama, mis jäljed teistel PCB-plaatidel.

Neid kasutatakse signaalide ühendamiseks, kuid need on pikemad ja neil pole seda. Nii et serpentiinijoon pole sügav ja mitte liiga keeruline. Kuna see on sama mis muu juhtmestikuga, kehtivad ka serpentiinliinide puhul mõned tavaliselt kasutatavad juhtmestiku reeglid. Samal ajal peaksite serpentiinjoonte erilise struktuuri tõttu sellele juhtmestiku paigaldamisel tähelepanu pöörama. Näiteks püüdke hoida serpentiinijooni üksteisega paralleelselt kaugemal. Lühem, st mine ümber suure kurvi, nagu öeldakse, ära mine väikesel alal liiga tihedaks ja liiga väikeseks.

See kõik aitab vähendada signaali häireid. Serpentiinjoon mõjutab signaali halvasti liini pikkuse kunstliku suurendamise tõttu, nii et kuni see vastab süsteemi ajastusnõuetele, ärge seda kasutage. Mõned insenerid kasutavad DDR-i või kiireid signaale, et muuta kogu rühm võrdseks. Serpentiinjooned lendavad üle kogu laua. Tundub, et see on parem juhtmestik. Tegelikult on see laisk ja vastutustundetu. Paljud kohad, mida pole vaja kerida, on keritud, mis raiskab plaadi pindala ja halvendab ka signaali kvaliteeti. Tahvli juhtmestiku reeglite kindlaksmääramiseks peaksime arvutama viivituse liiasuse vastavalt signaali tegelikele kiirusnõuetele.

In addition to the function of equal length, several other functions of the serpentine line are often mentioned in articles on the Internet, so I will also briefly talk about it here.

1. Üks sõnadest, mida ma sageli näen, on impedantsi sobitamise roll. See väide on väga kummaline. PCB jälje impedants on seotud joone laiuse, dielektrilise konstandi ja võrdlustasandi kaugusega. Millal on see seotud serpentiinijoonega? Millal mõjutab jälje kuju impedantsi? Ma ei tea, kust selle väite allikas pärineb.

2. öeldakse ka, et see on filtreerimise roll. Seda funktsiooni ei saa öelda, et see puudub, kuid digitaalsetes ahelates ei tohiks filtreerimisfunktsiooni olla või me ei pea seda funktsiooni digitaalahelates kasutama. Raadiosagedusahelas võib serpentiinjälg moodustada LC-ahela. Kui sellel on teatud sagedussignaali filtreeriv mõju, on see ikkagi minevik.

3. Vastuvõtuantenn. See võib olla. Seda efekti näeme mõnel mobiiltelefonil või raadiol. Mõned antennid on valmistatud PCB jälgedega.

4. Induktiivsus. See võib olla. Kõigil PCB jälgedel on algselt parasiitne induktiivsus. On võimalik teha mõned PCB induktiivpoolid.

5. Kaitsme. See efekt paneb mind hämmelduma. Kuidas lühike ja kitsas serpentiintraat kaitsmena toimib? Põletada läbi, kui vool on suur? Plaati pole vanarauaks, selle kaitsme hind on liiga kõrge, ma tõesti ei tea, mis rakenduses seda kasutama hakatakse.

Ülaltoodud sissejuhatuse kaudu saame selgitada, et analoog- või raadiosagedusahelates on serpentiinliinidel mõned erifunktsioonid, mis on määratud mikroribaliinide omadustega. Digitaalses vooluringi disainis kasutatakse serpentiinjoont võrdse pikkusega, et saavutada ajastuse sobivus. Lisaks mõjutab serpentiinjoon signaali kvaliteeti, seega tuleks süsteemis selgeks teha süsteeminõuded, arvutada süsteemi liiasus vastavalt tegelikele nõuetele ja serpentiinjoont tuleks kasutada ettevaatlikult.