Pour comprendre la ligne serpentine, parlons de PCB routage en premier. Ce concept ne semble pas avoir besoin d’être introduit. L’ingénieur matériel n’effectue-t-il pas des travaux de câblage tous les jours ? Chaque trace sur le PCB est tracée une par une par l’ingénieur matériel. Que peut-on dire ? En fait, ce routage simple contient également beaucoup de points de connaissances que nous ignorons généralement. Par exemple, le concept de ligne microruban et de ligne triplaque. En termes simples, la ligne microruban est la trace qui passe à la surface de la carte PCB, et la ligne à bande est la trace qui passe sur la couche interne du PCB. Quelle est la différence entre ces deux lignes ?

Le plan de référence de la ligne microruban est le plan de masse de la couche interne du PCB, et l’autre côté de la piste est exposé à l’air, ce qui rend la constante diélectrique autour de la piste incohérente. Par exemple, la constante diélectrique de notre substrat FR4 couramment utilisé est d’environ 4.2, la constante diélectrique de l’air est de 1. Il y a des plans de référence sur les côtés supérieur et inférieur de la ligne à ruban, la trace entière est intégrée dans le substrat PCB, et la constante diélectrique autour de la trace est la même. Cela provoque également la transmission de l’onde TEM sur la ligne ruban, tandis que l’onde quasi-TEM est transmise sur la ligne microruban. Pourquoi est-ce une onde quasi-TEM ? Cela est dû au décalage de phase à l’interface entre l’air et le substrat PCB. Qu’est-ce que l’onde TEM ? Si vous creusez plus profondément sur cette question, vous ne pourrez pas la terminer en dix mois et demi.

Pour faire court, qu’il s’agisse d’une ligne microruban ou d’une ligne à ruban, leur rôle n’est rien de plus que de transporter des signaux, qu’il s’agisse de signaux numériques ou de signaux analogiques. Ces signaux sont transmis sous forme d’ondes électromagnétiques d’un bout à l’autre de la trace. Comme c’est une vague, il doit y avoir de la vitesse. Quelle est la vitesse du signal sur la trace PCB? Selon la différence de constante diélectrique, la vitesse est également différente. La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l’air est la vitesse bien connue de la lumière. La vitesse de propagation dans d’autres milieux doit être calculée par la formule suivante :

V=C/Er0.5

Parmi eux, V est la vitesse de propagation dans le milieu, C est la vitesse de la lumière et Er est la constante diélectrique du milieu. Grâce à cette formule, nous pouvons facilement calculer la vitesse de transmission du signal sur la trace PCB. Par exemple, nous prenons simplement la constante diélectrique du matériau de base FR4 dans la formule pour la calculer, c’est-à-dire que la vitesse de transmission du signal dans le matériau de base FR4 est la moitié de la vitesse de la lumière. Cependant, étant donné que la moitié de la ligne microruban tracée sur la surface est dans l’air et l’autre moitié dans le substrat, la constante diélectrique sera légèrement réduite, de sorte que la vitesse de transmission sera légèrement plus rapide que celle de la ligne ruban. Les données empiriques couramment utilisées sont que le retard de trace de la ligne microruban est d’environ 140 ps/pouce, et le retard de trace de la ligne à ruban est d’environ 166 ps/pouce.

Comme je l’ai dit précédemment, il n’y a qu’un seul but, c’est-à-dire que la transmission du signal sur le PCB est retardée ! C’est-à-dire que le signal n’est pas transmis à l’autre broche via le câblage en un instant après l’envoi d’une broche. Bien que la vitesse de transmission du signal soit très rapide, tant que la longueur de la trace est suffisamment longue, cela affectera toujours la transmission du signal. Par exemple, pour un signal à 1 GHz, la période est de 1 ns, et le temps du front montant ou descendant est d’environ un dixième de la période, alors il est de 100 ps. Si la longueur de notre trace dépasse 1 pouce (environ 2.54 cm), alors le délai de transmission sera supérieur à un front montant. Si la trace dépasse 8 pouces (environ 20 cm), alors le délai sera un cycle complet !

Il s’avère que les PCB ont un impact si important qu’il est très courant que nos cartes aient des traces de plus de 1 pouce. Le retard affectera-t-il le fonctionnement normal de la carte ? En regardant le système réel, s’il ne s’agit que d’un signal et que vous ne voulez pas désactiver d’autres signaux, alors le délai ne semble pas avoir d’effet. Cependant, dans un système à grande vitesse, ce délai prendra effectivement effet. Par exemple, nos particules de mémoire communes sont connectées sous la forme d’un bus, avec des lignes de données, des lignes d’adresse, des horloges et des lignes de contrôle. Jetez un œil à notre interface vidéo. Quel que soit le nombre de canaux HDMI ou DVI, il contiendra des canaux de données et des canaux d’horloge. Ou certains protocoles de bus, qui sont tous des transmissions synchrones de données et d’horloge. Ensuite, dans un système à grande vitesse réel, ces signaux d’horloge et ces signaux de données sont envoyés de manière synchrone depuis la puce principale. Si notre conception de trace PCB est médiocre, la longueur du signal d’horloge et du signal de données est très différente. Il est facile de provoquer un mauvais échantillonnage des données, et alors l’ensemble du système ne fonctionnera pas normalement.

Que devons-nous faire pour résoudre ce problème ? Naturellement, on pourrait penser que si les traces courtes sont allongées de sorte que les longueurs des traces d’un même groupe soient les mêmes, alors le retard sera le même ? Comment rallonger le câblage ? Faire le tour! Bingo ! Il n’est pas facile de revenir enfin au sujet. C’est la fonction principale de la ligne serpentine dans le système à grande vitesse. Enroulement, longueur égale. C’est si simple. La ligne serpentine est utilisée pour enrouler la même longueur. En traçant la ligne sinueuse, nous pouvons faire en sorte que le même groupe de signaux ait la même longueur, de sorte qu’après que la puce réceptrice ait reçu le signal, les données ne soient pas causées par les différents retards sur la trace du PCB. Mauvais choix. La ligne sinueuse est la même que les traces sur les autres cartes PCB.

Ils sont utilisés pour connecter les signaux, mais ils sont plus longs et n’en ont pas. La ligne serpentine n’est donc pas profonde et pas trop compliquée. Comme il s’agit de la même chose que les autres câblages, certaines règles de câblage couramment utilisées s’appliquent également aux lignes serpentines. Dans le même temps, en raison de la structure spéciale des lignes sinueuses, vous devez y prêter attention lors du câblage. Par exemple, essayez de garder les lignes sinueuses parallèles les unes aux autres plus loin. Plus court, c’est-à-dire contournez un grand virage comme dit le proverbe, ne soyez pas trop dense et trop petit dans une petite zone.

Tout cela contribue à réduire les interférences de signal. La ligne serpentine aura une mauvaise influence sur le signal en raison de l’augmentation artificielle de la longueur de la ligne, donc tant qu’elle peut répondre aux exigences de synchronisation du système, ne l’utilisez pas. Certains ingénieurs utilisent des signaux DDR ou à grande vitesse pour que le groupe entier soit de longueur égale. Les lignes serpentines volent partout. Il semble que ce soit un meilleur câblage. En fait, c’est paresseux et irresponsable. De nombreux endroits qui n’ont pas besoin d’être enroulés sont enroulés, ce qui gaspille la surface de la carte et réduit également la qualité du signal. Nous devons calculer la redondance du retard en fonction des exigences réelles de vitesse du signal, afin de déterminer les règles de câblage de la carte.

En plus de la fonction de longueur égale, plusieurs autres fonctions de la ligne serpentine sont souvent mentionnées dans des articles sur Internet, j’en parlerai donc également brièvement ici.

1. L’un des mots que je vois souvent est le rôle de l’adaptation d’impédance. Cette déclaration est très étrange. L’impédance de la trace PCB est liée à la largeur de la ligne, la constante diélectrique et la distance du plan de référence. Quand est-il lié à la ligne serpentine? Quand la forme de la trace affecte-t-elle l’impédance ? Je ne sais pas d’où vient la source de cette déclaration.

2. on dit aussi que c’est le rôle du filtrage. On ne peut pas dire que cette fonction est absente, mais il ne devrait pas y avoir de fonction de filtrage dans les circuits numériques ou nous n’avons pas besoin d’utiliser cette fonction dans les circuits numériques. Dans le circuit radiofréquence, la trace en serpentin peut former un circuit LC. S’il a un effet de filtrage sur un certain signal de fréquence, c’est encore du passé.

3. Antenne de réception. Cela peut être. On peut voir cet effet sur certains téléphones portables ou radios. Certaines antennes sont fabriquées avec des traces de PCB.

4. Inductance. Cela peut être. Toutes les traces sur le PCB ont à l’origine une inductance parasite. Il est possible de fabriquer des inducteurs PCB.

5. Fusible. Cet effet me laisse perplexe. Comment le fil serpentin court et étroit fonctionne-t-il comme un fusible ? Brûler quand le courant est élevé ? La carte n’est pas mise au rebut, le prix de ce fusible est trop élevé, je ne sais vraiment pas dans quel type d’application il sera utilisé.

Grâce à l’introduction ci-dessus, nous pouvons préciser que dans les circuits analogiques ou radiofréquences, les lignes serpentines ont des fonctions spéciales, qui sont déterminées par les caractéristiques des lignes microruban. Dans la conception de circuits numériques, la ligne serpentine est utilisée pour une longueur égale pour obtenir une correspondance de synchronisation. De plus, la ligne sinueuse affectera la qualité du signal, de sorte que les exigences du système doivent être clarifiées dans le système, la redondance du système doit être calculée en fonction des exigences réelles et la ligne sinueuse doit être utilisée avec prudence.