Ymmärtääksemme käärmeviivan, puhutaanpa aiheesta PCB reititys ensin. Tätä käsitettä ei näytä tarvitsevan esitellä. Eikö laitteistoinsinööri tee johdotustöitä joka päivä? Laitteistosuunnittelija piirtää jokainen PCB:n jälki yksitellen. Mitä voidaan sanoa? Itse asiassa tämä yksinkertainen reititys sisältää myös paljon tietopisteitä, jotka jätämme yleensä huomiotta. Esimerkiksi mikroliuskajohdon ja liuskajohdon käsite. Yksinkertaisesti sanottuna mikroliuskaviiva on jälkeä, joka kulkee piirilevyn pinnalla, ja liuskaviiva on jälkeä, joka kulkee piirilevyn sisäkerroksessa. Mitä eroa näillä kahdella rivillä on?

Mikroliuskalinjan vertailutaso on piirilevyn sisäkerroksen maataso, ja jäljen toinen puoli on alttiina ilmalle, mikä aiheuttaa dielektrisyysvakion epäyhtenäisyyden juovan ympärillä. Esimerkiksi yleisesti käytetyn FR4-substraatin dielektrisyysvakio on Noin 4.2, ilman dielektrisyysvakio on 1. Liuskaviivan ylä- ja alapuolella on vertailutasoja, koko jälki on upotettu PCB-substraattiin, ja dielektrisyysvakio jäljen ympärillä on sama. Tämä aiheuttaa myös TEM-aallon lähettämisen liuskalinjalla, kun taas kvasi-TEM-aalto lähetetään mikroliuskalinjalla. Miksi se on kvasi-TEM-aalto? Tämä johtuu vaiheen yhteensopimattomuudesta ilman ja PCB-substraatin välisessä rajapinnassa. Mikä on TEM-aalto? Jos kaivaat asiaa syvemmälle, et voi saada sitä valmiiksi kymmenessä ja puolessa kuukaudessa.

Lyhyesti sanottuna, olipa kyseessä mikroliuskajohto tai liuskajohto, niiden tehtävänä ei ole muuta kuin kuljettaa signaaleja, joko digitaalisia tai analogisia signaaleja. Nämä signaalit välittyvät sähkömagneettisten aaltojen muodossa jäljen päästä toiseen. Koska se on aalto, siinä täytyy olla nopeutta. Mikä on signaalin nopeus piirilevyjäljissä? Dielektrisyysvakion eron mukaan myös nopeus on erilainen. Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus ilmassa on hyvin tunnettu valon nopeus. Etenemisnopeus muissa väliaineissa on laskettava seuraavalla kaavalla:

V=C/Er0.5

Niistä V on etenemisnopeus väliaineessa, C on valon nopeus ja Er on väliaineen dielektrisyysvakio. Tämän kaavan avulla voimme helposti laskea signaalin siirtonopeuden piirilevyjäljissä. Esimerkiksi otamme yksinkertaisesti FR4-perusmateriaalin dielektrisyysvakion kaavaan sen laskemiseksi, eli signaalin siirtonopeus FR4-perusmateriaalissa on puolet valon nopeudesta. Koska puolet pinnalle piirretystä mikroliuskaviivasta on kuitenkin ilmassa ja puolet substraatissa, dielektrisyysvakio pienenee hieman, joten siirtonopeus on hieman nopeampi kuin liuskaviivan. Yleisesti käytetty empiirinen tieto on, että mikroliuskajohdon jäljitysviive on noin 140ps/tuumaa ja liuskajohdon jäljitysviive on noin 166ps/tuumaa.

Kuten aiemmin sanoin, on vain yksi tarkoitus, eli signaalin lähetys piirilevyllä viivästyy! Toisin sanoen signaalia ei välitetä toiseen nastaan ​​johdotuksen kautta hetkessä yhden nastan lähettämisen jälkeen. Vaikka signaalin siirtonopeus on erittäin nopea, niin kauan kuin jäljen pituus on riittävän pitkä, se vaikuttaa silti signaalin lähetykseen. Esimerkiksi 1 GHz:n signaalilla jakso on 1 ns ja nousevan tai laskevan reunan aika on noin kymmenesosa jaksosta, silloin se on 100 ps. Jos jälkemme pituus ylittää 1 tuuman (noin 2.54 cm), lähetysviive on enemmän kuin nouseva reuna. Jos jälki ylittää 8 tuumaa (noin 20 cm), viive on täysi jakso!

Osoittautuu, että PCB:llä on niin suuri vaikutus, että on hyvin yleistä, että levyissämme on yli 1 tuuman jälkiä. Vaikuttaako viive laudan normaaliin toimintaan? Varsinaista järjestelmää tarkasteltaessa, jos se on vain signaali, etkä halua sammuttaa muita signaaleja, viiveellä ei näytä olevan mitään vaikutusta. Suurinopeuksisessa järjestelmässä tämä viive tulee kuitenkin voimaan. Esimerkiksi yhteiset muistihiukkasemme on yhdistetty väylän muodossa datalinjoihin, osoitelinjoihin, kelloihin ja ohjauslinjoihin. Katso videokäyttöliittymämme. Riippumatta siitä, kuinka monta kanavaa on HDMI tai DVI, se sisältää datakanavia ja kellokanavia. Tai joitain väyläprotokollia, jotka kaikki ovat synkronoituja tiedon ja kellon siirtoa. Sitten todellisessa nopeassa järjestelmässä nämä kellosignaalit ja datasignaalit lähetetään synkronisesti pääsirulta. Jos PCB-jäljityssuunnittelumme on huono, kellosignaalin ja datasignaalin pituus on hyvin erilainen. On helppo aiheuttaa väärää näytteenottoa datasta, jolloin koko järjestelmä ei toimi normaalisti.

Mitä meidän pitäisi tehdä ratkaistaksemme tämän ongelman? Luonnollisesti luulisimme, että jos lyhytpituisia jälkiä pidennetään niin, että saman ryhmän jäljenpituudet ovat samat, niin viive on sama? Kuinka pidentää johtoa? Käy ympäri! Bingo! Ei ole helppoa lopulta palata aiheeseen. Tämä on serpentiiniradan päätehtävä suurnopeusjärjestelmässä. Kääntyvä, yhtä pitkä. Se on niin yksinkertaista. Käärmenauhaa käytetään kelaamaan yhtä pitkä. Piirtämällä serpentiiniviivaa voimme saada samasta signaaliryhmästä samanpituisen, jotta vastaanottavan sirun vastaanottamisen jälkeen dataa ei aiheudu PCB-jäljen erilaisista viiveistä. Väärä valinta. Serpentiiniviiva on sama kuin muiden piirilevyjen jäljet.

Niitä käytetään signaalien yhdistämiseen, mutta ne ovat pidempiä ja niissä ei ole sitä. Joten serpentiiniviiva ei ole syvä eikä liian monimutkainen. Koska se on sama kuin muut johdotukset, joitain yleisesti käytettyjä johdotussääntöjä voidaan soveltaa myös serpentiinilinjoihin. Samanaikaisesti serpentiinilinjojen erityisrakenteen vuoksi sinun tulee kiinnittää siihen huomiota johdotuksen yhteydessä. Yritä esimerkiksi pitää serpentiiniviivat yhdensuuntaisina toistensa kanssa kauempana. Lyhyempi, eli kiertäkää iso mutka, kuten sanonta kuuluu, älä mene liian tiheäksi ja liian pieneksi pienellä alueella.

Tämä kaikki auttaa vähentämään signaalin häiriöitä. Serpentiinilinjalla on huono vaikutus signaaliin linjan pituuden keinotekoisen lisäyksen vuoksi, joten älä käytä sitä niin kauan kuin se täyttää järjestelmän ajoitusvaatimukset. Jotkut insinöörit käyttävät DDR- tai nopeita signaaleja, jotta koko ryhmästä tulee yhtä pitkä. Serpentiiniviivat lentävät koko laudan yli. Tämä näyttää olevan parempi johdotus. Itse asiassa tämä on laiska ja vastuuton. Monet paikat, joita ei tarvitse kääriä, kierretään, mikä tuhlaa levyn pinta-alaa ja heikentää myös signaalin laatua. Meidän tulisi laskea viiveen redundanssi todellisten signaalin nopeusvaatimusten mukaan, jotta voimme määrittää kortin kytkentäsäännöt.

Samanpituisen funktion lisäksi useita muita serpentiinilinjan toimintoja mainitaan usein Internetin artikkeleissa, joten kerron siitä lyhyesti myös täällä.

1. Yksi sanoista, joita näen usein, on impedanssisovituksen rooli. Tämä lausunto on hyvin outo. Piirilevyjäljen impedanssi liittyy viivan leveyteen, dielektrisyysvakioon ja vertailutason etäisyyteen. Milloin se liittyy serpentiinilinjaan? Milloin jäljen muoto vaikuttaa impedanssiin? En tiedä mistä tämän väitteen lähde on peräisin.

2. sanotaan myös, että se on suodatuksen tehtävä. Tätä toimintoa ei voida sanoa puuttuvan, mutta digitaalisissa piireissä ei pitäisi olla suodatustoimintoa tai meidän ei tarvitse käyttää tätä toimintoa digitaalisissa piireissä. Radiotaajuuspiirissä serpentiinijälki voi muodostaa LC-piirin. Jos sillä on suodatusvaikutus tiettyyn taajuussignaaliin, se on edelleen mennyttä.

3. Vastaanottoantenni. Tämä voi olla. Voimme nähdä tämän vaikutuksen joissakin matkapuhelimissa tai radioissa. Jotkut antennit on valmistettu piirilevyjäljillä.

4. Induktanssi. Tämä voi olla. Kaikilla PCB:n jälkillä on alun perin loisinduktanssi. On mahdollista tehdä joitain PCB-induktoreita.

5. Sulake. Tämä vaikutus saa minut hämmästymään. Miten lyhyt ja kapea serpentiinilanka toimii sulakkeena? Palaako kun virta on korkea? Levyä ei ole romutettu, tämän sulakkeen hinta on liian korkea, en todellakaan tiedä millaisessa sovelluksessa sitä käytetään.

Yllä olevan johdannon avulla voimme selventää, että analogisissa tai radiotaajuuspiireissä serpentiinilinjoilla on joitain erikoistoimintoja, jotka määräytyvät mikroliuskajohtojen ominaisuuksien mukaan. Digitaalisessa piirisuunnittelussa käärmeviivaa käytetään yhtä pitkiä ajoitussovituksen saavuttamiseksi. Lisäksi serpentiiniviiva vaikuttaa signaalin laatuun, joten järjestelmävaatimukset tulee selventää järjestelmässä, järjestelmän redundanssi laskea todellisten vaatimusten mukaan ja käärmelinjaa tulee käyttää varoen.