Suge-lerroa ulertzeko, hitz egin dezagun PCB bideratzea lehenik. Kontzeptu hau ez omen da sartu beharrik. Hardware-ingeniaria ez al da egunero kableatu lanak egiten? PCBko arrasto guztiak hardware ingeniariak banan-banan ateratzen ditu. Zer esan daiteke? Izan ere, bideratze sinple honek normalean baztertzen ditugun ezagutza puntu asko ere baditu. Adibidez, microstrip line eta stripline kontzeptua. Besterik gabe, microstrip lerroa PCB plakaren gainazalean doan arrastoa da, eta stripline PCBaren barneko geruzaren gainean doan arrastoa da. Zein da bi lerro hauen arteko aldea?

Mikrostrip-lerroaren erreferentzia-planoa PCBaren barne-geruzaren lurreko planoa da, eta arrastoaren beste aldea airearen eraginpean dago, eta horrek arrastoaren inguruko konstante dielektrikoa koherentea izatea eragiten du. Esate baterako, erabili ohi dugun FR4 substratuaren konstante dielektrikoa 4.2 ingurukoa da, airearen konstante dielektrikoa 1. Erreferentzia-planoak daude zerrenda-lerroaren goiko eta beheko aldean, arrasto osoa PCB substratuan txertatuta dago, eta arrastoaren inguruko konstante dielektrikoa berdina da. Horrek ere TEM uhina banda-lerroan transmititzea eragiten du, eta ia-TEM uhina mikrobanda-lerroan transmititzen den bitartean. Zergatik da ia-TEM uhin bat? Hori da airearen eta PCB substratuaren arteko interfazean fase-desegokitasunagatik. Zer da TEM uhina? Gai honetan sakonduz gero, hamar hilabete eta erdian ezingo duzu amaitu.

Istorio luze bat egiteko, mikrostrip line edo stripline bat izan, haien zeregina seinaleak eramatea baino ez da, seinale digitalak zein seinale analogikoak izan. Seinale hauek uhin elektromagnetikoen moduan transmititzen dira arrastoan mutur batetik bestera. Olatua denez, abiadura egon behar du. Zein da seinalearen abiadura PCB arrastoan? Konstante dielektrikoaren diferentziaren arabera, abiadura ere desberdina da. Uhin elektromagnetikoen hedapen-abiadura airean argiaren abiadura ezaguna da. Beste euskarri batzuetan hedapen-abiadura formula honen bidez kalkulatu behar da:

V=C/Er0.5

Horien artean, V medioaren hedapen-abiadura da, C argiaren abiadura eta Er medioaren konstante dielektrikoa. Formula honen bidez, PCB arrastoan seinalearen transmisio-abiadura erraz kalkula dezakegu. Adibidez, FR4 oinarri-materialaren konstante dielektrikoa hartzen dugu formulan kalkulatzeko, hau da, FR4 oinarri-materialaren seinalearen transmisio-abiadura argiaren abiaduraren erdia da. Hala ere, gainazalean trazatutako mikrobanda-lerroaren erdia airean dagoenez eta erdia substratuan dagoenez, konstante dielektrikoa apur bat murriztuko da, beraz, transmisio-abiadura zerrenda-lerroarena baino apur bat azkarragoa izango da. Gehien erabiltzen diren datu enpirikoak microstrip linearen arrastoaren atzerapena 140ps/inch ingurukoa dela da, eta striplinearen arrastoaren atzerapena 166ps/inch ingurukoa dela.

Lehen esan dudan bezala, helburu bakarra dago, hau da, PCBko seinalearen transmisioa atzeratu egiten da! Hau da, seinalea ez da kablearen bidez beste pin batera transmititzen pin bat bidali eta berehala. Seinalearen transmisioaren abiadura oso azkarra den arren, arrastoaren luzera nahikoa luzea den bitartean, seinalearen transmisioan eragina izango du. Esate baterako, 1GHz-ko seinale baterako, periodoa 1ns da, eta goranzko edo beheranzko ertzaren denbora periodoaren hamarren bat ingurukoa da, orduan 100ps da. Gure arrastoaren luzerak 1 hazbete (2.54 cm inguru) gainditzen baditu, transmisio-atzerapena goranzko ertza baino handiagoa izango da. Arrastoak 8 hazbete (20 cm inguru) gainditzen baditu, atzerapena ziklo osoa izango da!

Bihurtzen da PCB-k hain eragin handia duela, oso ohikoa da gure plakek 1 hazbeteko arrasto baino gehiago izatea. Atzerapenak eragingo al du taularen ohiko funtzionamenduan? Benetako sistemari erreparatuta, seinale bat besterik ez bada eta beste seinalerik itzali nahi ez baduzu, orduan atzerapenak ez du inolako eraginik izango. Hala ere, abiadura handiko sistema batean, atzerapen hori benetan izango du eragina. Adibidez, gure ohiko memoria-partikulak bus baten moduan konektatuta daude, datu-lerroekin, helbide-lerroekin, erlojuekin eta kontrol-lerroekin. Begiratu gure bideo interfazeari. Ez dio axola zenbat kanal diren HDMI edo DVI, datu-kanalak eta erloju-kanalak izango ditu. Edo autobus-protokolo batzuk, denak datuen eta erlojuaren transmisio sinkronikoa direnak. Orduan, benetako abiadura handiko sistema batean, erloju-seinale eta datu-seinale hauek txip nagusitik sinkronoki bidaltzen dira. Gure PCBaren traza-diseinua eskasa bada, erlojuaren seinalearen eta datuen seinalearen luzera oso desberdinak dira. Erraza da datuen laginketa okerra eragitea, eta orduan sistema osoak ez du normaltasunez funtzionatuko.

Zer egin behar dugu arazo hau konpontzeko? Berez, pentsatuko genuke luzera motzeko aztarnak talde bereko arrastoen luzerak berdinak izan daitezen luzatuz gero, atzerapena berdina izango dela? Nola luzatu kableatuak? Joan zaitez! Bingoa! Ez da erraza azkenean gaira itzultzea. Hau da abiadura handiko sisteman suge-lerroaren funtzio nagusia. Haizea, luzera berdina. Hain sinplea da. Suge-lerroa luzera berdina haizeratzeko erabiltzen da. Suge-lerroa marraztuz, seinale-talde berdinak luzera berdina izan dezake, beraz, txipak seinalea jaso ondoren, datuak ez dira PCB arrastoaren atzerapen ezberdinek eragingo. Hautaketa okerra. Suge-lerroa beste PCB plaken arrastoen berdina da.

Seinaleak konektatzeko erabiltzen dira, baina luzeagoak dira eta ez dute. Beraz, suge-lerroa ez da sakona eta ez oso konplikatua. Beste kableatuaren berdina denez, normalean erabiltzen diren kableatu-arau batzuk ere aplika daitezke serpentino-lerroetan. Aldi berean, suge-lerroen egitura berezia dela eta, arreta jarri behar diozu kableatzerakoan. Adibidez, saiatu suge-lerroak elkarren paraleloan urrutiago mantentzen. Motzago, hau da, bihurgune handi bat inguratu esaerak dioen bezala, ez ibili trinkoegi eta txikiegi eremu txiki batean.

Horrek guztiak seinaleen interferentziak murrizten laguntzen du. Suge-lerroak eragin txarra izango du seinalean, linearen luzera artifizialaren gehikuntza dela eta, beraz, sistemako denbora-baldintzak betetzen dituen bitartean, ez erabili. Ingeniari batzuek DDR edo abiadura handiko seinaleak erabiltzen dituzte talde osoa luzera berdina izateko. Suge-lerroek taula osoan zehar hegan egiten dute. Badirudi hau kableatu hobea dela. Izan ere, hau alferra eta arduragabea da. Zauritu behar ez duten leku asko zaurituta daude, eta horrek taularen eremua alferrik galtzen du eta seinalearen kalitatea murrizten du. Atzerapen-erredundantzia kalkulatu beharko genuke benetako seinale-abiadura-baldintzen arabera, plakaren kableatu-arauak zehazteko.

Luzera berdineko funtzioaz gain, suge-lerroaren beste hainbat funtzio aipatu ohi dira Interneteko artikuluetan, beraz, laburki hitz egingo dut hemen ere.

1. Askotan ikusten dudan hitzetako bat inpedantzia parekatzearen papera da. Adierazpen hau oso bitxia da. PCB arrastoaren inpedantzia lerroaren zabalerarekin, konstante dielektrikoarekin eta erreferentzia-planoaren distantziarekin erlazionatuta dago. Noiz dago erlazionatuta suge-lerroarekin? Noiz eragiten dio arrastoaren formak inpedantziari? Ez dakit nondik datorren adierazpen honen iturria.

2. iragazteko eginkizuna dela ere esaten da. Ezin da esan funtzio hau ez dagoenik, baina zirkuitu digitaletan ez da iragazketa funtziorik egon behar edo ez dugu funtzio hori zirkuitu digitaletan erabili behar. Irrati-maiztasunaren zirkuituan, arrasto sugedunak LC zirkuitu bat osa dezake. Maiztasun-seinale jakin batean iragazketa-efektua badu, iragana da oraindik.

3. Antena jasotzailea. Hau izan daiteke. Efektu hau mugikor edo irrati batzuetan ikus dezakegu. Antena batzuk PCB arrastoekin egiten dira.

4. Induktantzia. Hau izan daiteke. PCBko aztarna guztiek jatorriz induktantzia parasitoa dute. PCB induzigailu batzuk egitea lor daiteke.

5. Fusiblea. Efektu honek harrituta uzten nau. Nola funtzionatzen du sugezko hari labur eta estuak metxa gisa? Korrontea altua denean erre? Taula ez dago hondatuta, fusible honen prezioa altuegia da, benetan ez dakit zer aplikazio motatan erabiliko den.

Goiko sarreraren bidez, argitu dezakegu zirkuitu analogikoetan edo irrati-maiztasunetan, suge-lerroek funtzio berezi batzuk dituztela, mikrostrip-lerroen ezaugarriek zehazten dituztenak. Zirkuitu digitalen diseinuan, suge-lerroa luzera berdinean erabiltzen da denboraren parekatzea lortzeko. Horrez gain, serpentina-lerroak seinalearen kalitatean eragingo du, beraz, sistemaren eskakizunak sisteman argitu behar dira, sistema erredundantzia benetako eskakizunen arabera kalkulatu behar da eta suge-lerroa kontu handiz erabili behar da.