સર્પની રેખા સમજવા માટે, ચાલો તેના વિશે વાત કરીએ પીસીબી પ્રથમ રૂટીંગ. આ ખ્યાલ રજૂ કરવાની જરૂર જણાતી નથી. શું હાર્ડવેર એન્જિનિયર દરરોજ વાયરિંગનું કામ નથી કરતા? PCB પરના દરેક ટ્રેસ હાર્ડવેર એન્જિનિયર દ્વારા એક પછી એક દોરવામાં આવે છે. શું કહી શકાય? વાસ્તવમાં, આ સરળ રૂટીંગમાં ઘણા બધા જ્ઞાનના મુદ્દાઓ પણ છે જેને આપણે સામાન્ય રીતે અવગણીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન અને સ્ટ્રીપલાઇનનો ખ્યાલ. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન એ ટ્રેસ છે જે PCB બોર્ડની સપાટી પર ચાલે છે, અને સ્ટ્રીપલાઇન એ ટ્રેસ છે જે PCB ના આંતરિક સ્તર પર ચાલે છે. આ બે લીટીઓ વચ્ચે શું તફાવત છે?

માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનું રેફરન્સ પ્લેન એ PCB ના આંતરિક સ્તરનું ગ્રાઉન્ડ પ્લેન છે, અને ટ્રેસની બીજી બાજુ હવાના સંપર્કમાં આવે છે, જે ટ્રેસની આસપાસના ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટને અસંગત બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આપણા સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા FR4 સબસ્ટ્રેટનું ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ 4.2 ની આસપાસ છે, હવાનું ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ 1 છે. સ્ટ્રીપ લાઇનની ઉપર અને નીચે બંને બાજુએ સંદર્ભ વિમાનો છે, સમગ્ર ટ્રેસ PCB સબસ્ટ્રેટમાં જડિત છે, અને ટ્રેસની આસપાસ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક સમાન છે. આના કારણે સ્ટ્રીપ લાઇન પર પણ TEM તરંગ પ્રસારિત થાય છે, જ્યારે અર્ધ-TEM તરંગ માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પર પ્રસારિત થાય છે. શા માટે તે અર્ધ-TEM તરંગ છે? તે હવા અને પીસીબી સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસમાં તબક્કાની અસંગતતાને કારણે છે. TEM તરંગ શું છે? જો તમે આ મુદ્દા પર ઊંડો ખોદશો, તો તમે તેને સાડા દસ મહિનામાં પૂર્ણ કરી શકશો નહીં.

લાંબી વાર્તાને ટૂંકી બનાવવા માટે, પછી ભલે તે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન હોય કે સ્ટ્રીપલાઇન, તેમની ભૂમિકા સિગ્નલ વહન કરતાં વધુ કંઈ નથી, પછી ભલે તે ડિજિટલ સિગ્નલ હોય કે એનાલોગ સિગ્નલ. આ સંકેતો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના સ્વરૂપમાં ટ્રેસમાં એક છેડાથી બીજા છેડે પ્રસારિત થાય છે. તે તરંગ હોવાથી ગતિ હોવી જ જોઈએ. PCB ટ્રેસ પર સિગ્નલની ઝડપ કેટલી છે? ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકમાં તફાવત અનુસાર, ઝડપ પણ અલગ છે. હવામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રસારની ગતિ એ પ્રકાશની જાણીતી ગતિ છે. અન્ય માધ્યમોમાં પ્રચાર વેગની ગણતરી નીચેના સૂત્ર દ્વારા થવી જોઈએ:

V=C/Er0.5

તેમાંથી, V એ માધ્યમમાં પ્રચારની ગતિ છે, C એ પ્રકાશની ગતિ છે, અને Er એ માધ્યમનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક છે. આ ફોર્મ્યુલા દ્વારા, અમે PCB ટ્રેસ પર સિગ્નલની ટ્રાન્સમિશન ઝડપની સરળતાથી ગણતરી કરી શકીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે, આપણે તેની ગણતરી કરવા માટે ફોર્મ્યુલામાં FR4 બેઝ મટિરિયલના ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટને સરળ રીતે લઈએ છીએ, એટલે કે, FR4 બેઝ મટિરિયલમાં સિગ્નલની ટ્રાન્સમિશન ઝડપ પ્રકાશની અડધી ગતિ છે. જો કે, સપાટી પર ટ્રેસ થયેલી માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનો અડધો ભાગ હવામાં અને અડધો સબસ્ટ્રેટમાં હોવાથી, ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ થોડો ઓછો થશે, તેથી ટ્રાન્સમિશન સ્પીડ સ્ટ્રીપ લાઇન કરતાં થોડી વધુ ઝડપી હશે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતો પ્રયોગમૂલક ડેટા એ છે કે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનો ટ્રેસ વિલંબ લગભગ 140ps/ઇંચ છે, અને સ્ટ્રીપલાઇનનો ટ્રેસ વિલંબ લગભગ 166ps/ઇંચ છે.

મેં પહેલા કહ્યું તેમ, એક જ હેતુ છે, તે છે, પીસીબી પર સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન વિલંબિત છે! કહેવાનો અર્થ એ છે કે એક પિન મોકલ્યા પછી તરત જ વાયરિંગ દ્વારા બીજી પિન પર સિગ્નલ પ્રસારિત થતું નથી. જો કે સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશનની ઝડપ ખૂબ જ ઝડપી છે, જ્યાં સુધી ટ્રેસ લંબાઈ પૂરતી છે, તે હજુ પણ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશનને અસર કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, 1GHz સિગ્નલ માટે, સમયગાળો 1ns છે, અને વધતી અથવા પડતી ધારનો સમય સમયગાળાના દસમા ભાગનો છે, તો તે 100ps છે. જો અમારા ટ્રેસની લંબાઈ 1 ઇંચ (આશરે 2.54 સે.મી.) કરતાં વધી જાય, તો ટ્રાન્સમિશન વિલંબ વધતી ધાર કરતાં વધુ હશે. જો ટ્રેસ 8 ઇંચ (આશરે 20 સે.મી.) કરતાં વધી જાય, તો વિલંબ એ સંપૂર્ણ ચક્ર હશે!

તે તારણ આપે છે કે PCB ની આટલી મોટી અસર છે, અમારા બોર્ડ માટે 1 ઇંચ કરતાં વધુ ટ્રેસ હોવા ખૂબ જ સામાન્ય છે. શું વિલંબ બોર્ડની સામાન્ય કામગીરીને અસર કરશે? વાસ્તવિક સિસ્ટમને જોતા, જો તે માત્ર એક સિગ્નલ છે અને તમે અન્ય સિગ્નલોને બંધ કરવા માંગતા નથી, તો વિલંબની કોઈ અસર હોય તેવું લાગતું નથી. જો કે, હાઇ-સ્પીડ સિસ્ટમમાં, આ વિલંબ વાસ્તવમાં અમલમાં આવશે. ઉદાહરણ તરીકે, અમારા સામાન્ય મેમરી કણો બસના રૂપમાં ડેટા લાઇન, સરનામાં રેખાઓ, ઘડિયાળો અને નિયંત્રણ રેખાઓ સાથે જોડાયેલા છે. અમારા વિડિઓ ઇન્ટરફેસ પર એક નજર નાખો. HDMI અથવા DVI ગમે તેટલી ચેનલો હોય, તેમાં ડેટા ચેનલો અને ક્લોક ચેનલો હશે. અથવા કેટલાક બસ પ્રોટોકોલ, જે તમામ ડેટા અને ઘડિયાળનું સિંક્રનસ ટ્રાન્સમિશન છે. પછી, વાસ્તવિક હાઇ-સ્પીડ સિસ્ટમમાં, આ ઘડિયાળ સિગ્નલો અને ડેટા સિગ્નલો મુખ્ય ચિપમાંથી સિંક્રનસ રીતે મોકલવામાં આવે છે. જો અમારી PCB ટ્રેસ ડિઝાઇન નબળી છે, તો ઘડિયાળ સિગ્નલ અને ડેટા સિગ્નલની લંબાઈ ખૂબ જ અલગ છે. ડેટાના ખોટા નમૂના લેવાનું સરળ છે, અને પછી સમગ્ર સિસ્ટમ સામાન્ય રીતે કામ કરશે નહીં.

આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે આપણે શું કરવું જોઈએ? સ્વાભાવિક રીતે, આપણે વિચારીશું કે જો ટૂંકી-લંબાઈના નિશાનને લંબાવવામાં આવે જેથી સમાન જૂથની ટ્રેસ લંબાઈ સમાન હોય, તો વિલંબ સમાન હશે? વાયરિંગને કેવી રીતે લંબાવવું? આસપાસ જાઓ! બિન્ગો! આખરે વિષય પર પાછા ફરવું સરળ નથી. હાઇ-સ્પીડ સિસ્ટમમાં સર્પેન્ટાઇન લાઇનનું આ મુખ્ય કાર્ય છે. વિન્ડિંગ, સમાન લંબાઈ. તે સરળ છે. સરપેન્ટાઇન લાઇનનો ઉપયોગ સમાન લંબાઈને પવન કરવા માટે થાય છે. સર્પેન્ટાઇન લાઇન દોરવાથી, અમે સિગ્નલોના સમાન જૂથની લંબાઈ સમાન બનાવી શકીએ છીએ, જેથી પ્રાપ્ત કરનાર ચિપ સિગ્નલ પ્રાપ્ત કર્યા પછી, પીસીબી ટ્રેસ પર વિવિધ વિલંબને કારણે ડેટા નહીં આવે. ખોટી પસંદગી. સર્પેન્ટાઇન લાઇન અન્ય PCB બોર્ડ પરના નિશાનો જેવી જ છે.

તેનો ઉપયોગ સિગ્નલોને જોડવા માટે થાય છે, પરંતુ તે લાંબા હોય છે અને તેની પાસે નથી. તેથી સર્પન્ટાઇન રેખા ઊંડી નથી અને બહુ જટિલ પણ નથી. તે અન્ય વાયરિંગની જેમ જ હોવાથી, કેટલાક સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા વાયરિંગ નિયમો સર્પેન્ટાઇન લાઇનને પણ લાગુ પડે છે. તે જ સમયે, સર્પન્ટાઇન લાઇનની વિશેષ રચનાને લીધે, તમારે વાયરિંગ કરતી વખતે તેના પર ધ્યાન આપવું જોઈએ. ઉદાહરણ તરીકે, સાપની રેખાઓને એકબીજાની સમાંતર દૂર રાખવાનો પ્રયાસ કરો. ટૂંકા, એટલે કે, કહેવત મુજબ મોટા વળાંકની આસપાસ જાઓ, નાના વિસ્તારમાં ખૂબ ગાઢ અને ખૂબ નાના ન જાઓ.

આ બધું સિગ્નલની વિક્ષેપ ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. લાઇનની લંબાઈમાં કૃત્રિમ વધારો થવાને કારણે સર્પન્ટાઈન લાઇનનો સિગ્નલ પર ખરાબ પ્રભાવ પડશે, જેથી જ્યાં સુધી તે સિસ્ટમમાં સમયની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે ત્યાં સુધી તેનો ઉપયોગ કરશો નહીં. કેટલાક એન્જિનિયરો સમગ્ર જૂથને સમાન લંબાઈ બનાવવા માટે DDR અથવા હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલોનો ઉપયોગ કરે છે. સાપની રેખાઓ આખા બોર્ડ પર ઉડે છે. એવું લાગે છે કે આ વધુ સારું વાયરિંગ છે. હકીકતમાં, આ આળસુ અને બેજવાબદાર છે. ઘણી જગ્યાઓ કે જેને ઘા કરવાની જરૂર નથી તે ઘા છે, જે બોર્ડના વિસ્તારને બગાડે છે અને સિગ્નલની ગુણવત્તાને પણ ઘટાડે છે. અમે વાસ્તવિક સિગ્નલ ઝડપ જરૂરિયાતો અનુસાર વિલંબ રીડન્ડન્સીની ગણતરી કરવી જોઈએ, જેથી બોર્ડના વાયરિંગ નિયમો નક્કી કરી શકાય.

સમાન લંબાઈના કાર્ય ઉપરાંત, સર્પન્ટાઇન લાઇનના અન્ય ઘણા કાર્યોનો વારંવાર ઇન્ટરનેટ પરના લેખોમાં ઉલ્લેખ કરવામાં આવે છે, તેથી હું અહીં તેના વિશે પણ ટૂંકમાં વાત કરીશ.

1. એક શબ્દ જે હું વારંવાર જોઉં છું તે અવબાધ મેચિંગની ભૂમિકા છે. આ નિવેદન ખૂબ જ વિચિત્ર છે. પીસીબી ટ્રેસની અવબાધ રેખાની પહોળાઈ, ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક અને સંદર્ભ વિમાનના અંતર સાથે સંબંધિત છે. તે સાપ રેખા સાથે ક્યારે સંબંધિત છે? ટ્રેસનો આકાર અવબાધને ક્યારે અસર કરે છે? મને ખબર નથી કે આ નિવેદનનો સ્ત્રોત ક્યાંથી આવે છે.

2. એવું પણ કહેવાય છે કે તે ફિલ્ટરિંગની ભૂમિકા છે. આ ફંક્શન ગેરહાજર હોવાનું કહી શકાય નહીં, પરંતુ ડિજિટલ સર્કિટ્સમાં કોઈ ફિલ્ટરિંગ ફંક્શન હોવું જોઈએ નહીં અથવા આપણે ડિજિટલ સર્કિટ્સમાં આ ફંક્શનનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી. રેડિયો ફ્રીક્વન્સી સર્કિટમાં, સર્પન્ટાઇન ટ્રેસ એલસી સર્કિટ બનાવી શકે છે. જો તે ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલ પર ફિલ્ટરિંગ અસર ધરાવે છે, તો તે હજુ પણ ભૂતકાળ છે.

3. એન્ટેના પ્રાપ્ત કરી રહ્યું છે. આ હોઈ શકે છે. આપણે અમુક મોબાઈલ ફોન કે રેડિયો પર આ અસર જોઈ શકીએ છીએ. કેટલાક એન્ટેના PCB ટ્રેસ સાથે બનાવવામાં આવે છે.

4. ઇન્ડક્ટન્સ. આ હોઈ શકે છે. PCB પરના તમામ નિશાનો મૂળરૂપે પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સ ધરાવે છે. કેટલાક PCB ઇન્ડક્ટર બનાવવા માટે તે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

5. ફ્યુઝ. આ અસર મને મૂંઝવણમાં મૂકે છે. ટૂંકા અને સાંકડા સર્પન્ટાઇન વાયર ફ્યુઝ તરીકે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે? જ્યારે કરંટ વધારે હોય ત્યારે બળી જાય છે? બોર્ડ સ્ક્રેપ થયેલ નથી, આ ફ્યુઝની કિંમત ખૂબ ઊંચી છે, મને ખરેખર ખબર નથી કે તે કયા પ્રકારની એપ્લિકેશનમાં ઉપયોગમાં લેવાશે.

ઉપરોક્ત પરિચય દ્વારા, અમે સ્પષ્ટ કરી શકીએ છીએ કે એનાલોગ અથવા રેડિયો ફ્રિકવન્સી સર્કિટ્સમાં, સર્પન્ટાઈન રેખાઓ કેટલાક વિશિષ્ટ કાર્યો ધરાવે છે, જે માઇક્રોસ્ટ્રીપ રેખાઓની લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ડીજીટલ સર્કિટ ડીઝાઇનમાં, સર્પેન્ટાઇન લાઇનનો ઉપયોગ સમાન લંબાઈ માટે કરવામાં આવે છે જેથી ટાઇમિંગ મેચિંગ પ્રાપ્ત થાય. વધુમાં, સર્પેન્ટાઇન લાઇન સિગ્નલની ગુણવત્તાને અસર કરશે, તેથી સિસ્ટમમાં સિસ્ટમની આવશ્યકતાઓ સ્પષ્ટ થવી જોઈએ, સિસ્ટમ રીડન્ડન્સીની વાસ્તવિક જરૂરિયાતો અનુસાર ગણતરી કરવી જોઈએ અને સર્પન્ટાઈન લાઇનનો ઉપયોગ સાવધાની સાથે કરવો જોઈએ.