सर्पिन रेखा को समझने के लिए आइए बात करते हैं पीसीबी पहले रूटिंग। ऐसा लगता है कि इस अवधारणा को पेश करने की आवश्यकता नहीं है। क्या हार्डवेयर इंजीनियर रोज वायरिंग का काम नहीं कर रहा है? पीसीबी पर हर निशान हार्डवेयर इंजीनियर द्वारा एक-एक करके निकाला जाता है। क्या कहा जा सकता है? वास्तव में, इस सरल रूटिंग में बहुत सारे ज्ञान बिंदु भी होते हैं जिन्हें हम आमतौर पर अनदेखा कर देते हैं। उदाहरण के लिए, माइक्रोस्ट्रिप लाइन और स्ट्रिपलाइन की अवधारणा। सीधे शब्दों में कहें, माइक्रोस्ट्रिप लाइन वह ट्रेस है जो पीसीबी बोर्ड की सतह पर चलती है, और स्ट्रिपलाइन वह ट्रेस है जो पीसीबी की आंतरिक परत पर चलती है। इन दो पंक्तियों में क्या अंतर है?

माइक्रोस्ट्रिप लाइन का संदर्भ विमान पीसीबी की आंतरिक परत का ग्राउंड प्लेन है, और ट्रेस का दूसरा पक्ष हवा के संपर्क में आता है, जिससे ट्रेस के चारों ओर ढांकता हुआ स्थिरांक असंगत हो जाता है। उदाहरण के लिए, हमारे आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले FR4 सब्सट्रेट का ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 4.2 है, हवा का ढांकता हुआ स्थिरांक 1 है। स्ट्रिप लाइन के ऊपरी और निचले दोनों किनारों पर संदर्भ विमान हैं, संपूर्ण ट्रेस पीसीबी सब्सट्रेट में एम्बेडेड है, और ट्रेस के चारों ओर ढांकता हुआ स्थिरांक समान है। यह टीईएम तरंग को स्ट्रिप लाइन पर प्रसारित करने का कारण बनता है, जबकि अर्ध-टीईएम तरंग माइक्रोस्ट्रिप लाइन पर प्रसारित होती है। यह अर्ध-टीईएम तरंग क्यों है? यह हवा और पीसीबी सब्सट्रेट के बीच इंटरफेस में चरण बेमेल के कारण है। टीईएम तरंग क्या है? यदि आप इस मुद्दे पर गहराई से उतरते हैं, तो आप इसे साढ़े दस महीने में समाप्त नहीं कर पाएंगे।

एक लंबी कहानी को छोटा करने के लिए, चाहे वह माइक्रोस्ट्रिप लाइन हो या स्ट्रिपलाइन, उनकी भूमिका सिग्नल ले जाने के अलावा और कुछ नहीं है, चाहे डिजिटल सिग्नल हों या एनालॉग सिग्नल। इन संकेतों को ट्रेस में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में एक छोर से दूसरे छोर तक प्रेषित किया जाता है। चूंकि यह एक लहर है, इसलिए गति होनी चाहिए। पीसीबी ट्रेस पर सिग्नल की गति क्या है? ढांकता हुआ स्थिरांक में अंतर के अनुसार, गति भी भिन्न होती है। वायु में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति प्रकाश की सुप्रसिद्ध गति है। अन्य मीडिया में प्रसार वेग की गणना निम्न सूत्र द्वारा की जानी चाहिए:

वी = सी / एर 0.5

उनमें से, V माध्यम में प्रसार गति है, C प्रकाश की गति है, और Er माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक है। इस सूत्र के माध्यम से, हम आसानी से पीसीबी ट्रेस पर सिग्नल की संचरण गति की गणना कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हम FR4 आधार सामग्री के ढांकता हुआ स्थिरांक को इसकी गणना करने के लिए सूत्र में लेते हैं, अर्थात FR4 आधार सामग्री में सिग्नल की संचरण गति प्रकाश की गति से आधी है। हालाँकि, क्योंकि सतह पर ट्रेस की गई माइक्रोस्ट्रिप लाइन का आधा हिस्सा हवा में है और आधा सब्सट्रेट में है, ढांकता हुआ स्थिरांक थोड़ा कम हो जाएगा, इसलिए ट्रांसमिशन की गति स्ट्रिप लाइन की तुलना में थोड़ी तेज होगी। आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला अनुभवजन्य डेटा यह है कि माइक्रोस्ट्रिप लाइन का ट्रेस विलंब लगभग 140ps/इंच है, और स्ट्रिपलाइन का ट्रेस विलंब लगभग 166ps/इंच है।

जैसा कि मैंने पहले कहा, केवल एक ही उद्देश्य है, वह है, पीसीबी पर सिग्नल ट्रांसमिशन में देरी हो रही है! कहने का तात्पर्य यह है कि एक पिन भेजे जाने के तुरंत बाद वायरिंग के माध्यम से सिग्नल दूसरे पिन तक नहीं पहुंचता है। हालांकि सिग्नल ट्रांसमिशन की गति बहुत तेज है, जब तक ट्रेस की लंबाई काफी लंबी है, तब भी यह सिग्नल ट्रांसमिशन को प्रभावित करेगा। उदाहरण के लिए, 1GHz सिग्नल के लिए, अवधि 1ns है, और बढ़ते या गिरने वाले किनारे का समय अवधि का लगभग दसवां हिस्सा है, तो यह 100ps है। यदि हमारे ट्रेस की लंबाई 1 इंच (लगभग 2.54 सेमी) से अधिक है, तो संचरण विलंब बढ़ते किनारे से अधिक होगा। यदि ट्रेस 8 इंच (लगभग 20 सेमी) से अधिक है, तो देरी एक पूर्ण चक्र होगी!

यह पता चला है कि पीसीबी का इतना बड़ा प्रभाव है, हमारे बोर्डों में 1 इंच से अधिक के निशान होना बहुत आम है। क्या देरी से बोर्ड के सामान्य संचालन पर असर पड़ेगा? वास्तविक प्रणाली को देखते हुए, यदि यह सिर्फ एक संकेत है और आप अन्य संकेतों को बंद नहीं करना चाहते हैं, तो देरी का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। हालांकि, हाई-स्पीड सिस्टम में, यह देरी वास्तव में प्रभावी होगी। उदाहरण के लिए, हमारे सामान्य स्मृति कण डेटा लाइनों, पता लाइनों, घड़ियों और नियंत्रण रेखाओं के साथ बस के रूप में जुड़े हुए हैं। हमारे वीडियो इंटरफ़ेस पर एक नज़र डालें। एचडीएमआई या डीवीआई कितने भी चैनल हों, इसमें डेटा चैनल और क्लॉक चैनल होंगे। या कुछ बस प्रोटोकॉल, जो सभी डेटा और घड़ी के सिंक्रोनस ट्रांसमिशन हैं। फिर, एक वास्तविक उच्च गति प्रणाली में, इन घड़ी संकेतों और डेटा संकेतों को मुख्य चिप से समकालिक रूप से भेजा जाता है। यदि हमारा पीसीबी ट्रेस डिज़ाइन खराब है, तो क्लॉक सिग्नल और डेटा सिग्नल की लंबाई बहुत भिन्न होती है। डेटा का गलत नमूनाकरण करना आसान है, और फिर पूरी प्रणाली सामान्य रूप से काम नहीं करेगी।

इस समस्या के समाधान के लिए हमें क्या करना चाहिए? स्वाभाविक रूप से, हम यह सोचेंगे कि यदि लघु-लंबाई वाले निशानों को लंबा कर दिया जाए ताकि एक ही समूह की ट्रेस लंबाई समान हो, तो देरी समान होगी? तारों को लंबा कैसे करें? उड़ाना! बिंगो! अंत में विषय पर लौटना आसान नहीं है। यह उच्च गति प्रणाली में सर्पीन रेखा का मुख्य कार्य है। घुमावदार, समान लंबाई। यह इतना आसान है। समान लंबाई को हवा देने के लिए सर्पिन रेखा का उपयोग किया जाता है। सर्पिन लाइन खींचकर, हम सिग्नल के एक ही समूह को समान लंबाई बना सकते हैं, ताकि प्राप्त चिप सिग्नल प्राप्त करने के बाद, पीसीबी ट्रेस पर अलग-अलग देरी के कारण डेटा नहीं होगा। गलत चयन। सर्पेन्टाइन लाइन अन्य पीसीबी बोर्डों के निशान के समान है।

उनका उपयोग संकेतों को जोड़ने के लिए किया जाता है, लेकिन वे लंबे होते हैं और उनके पास नहीं होते हैं। तो सर्पीन रेखा गहरी नहीं है और न ही बहुत जटिल है। चूंकि यह अन्य वायरिंग के समान है, इसलिए आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले कुछ वायरिंग नियम सर्पिन लाइनों पर भी लागू होते हैं। वहीं, सर्पिन लाइनों की विशेष संरचना के कारण वायरिंग करते समय आपको इस पर ध्यान देना चाहिए। उदाहरण के लिए, सर्पीन रेखाओं को एक दूसरे के समानांतर रखने का प्रयास करें। छोटा, अर्थात्, एक बड़े मोड़ के चारों ओर घूमें जैसा कि कहा जाता है, एक छोटे से क्षेत्र में बहुत घना और बहुत छोटा मत जाओ।

यह सब सिग्नल हस्तक्षेप को कम करने में मदद करता है। लाइन की लंबाई में कृत्रिम वृद्धि के कारण सर्पिन लाइन का सिग्नल पर बुरा प्रभाव पड़ेगा, इसलिए जब तक यह सिस्टम में समय की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है, तब तक इसका उपयोग न करें। कुछ इंजीनियर पूरे समूह को समान लंबाई बनाने के लिए DDR या हाई-स्पीड सिग्नल का उपयोग करते हैं। सर्पीन रेखाएँ पूरे मंडल में उड़ती हैं। ऐसा लगता है कि यह बेहतर वायरिंग है। वास्तव में, यह आलसी और गैर जिम्मेदाराना है। कई जगहों पर घाव होने की जरूरत नहीं होती है, वे घाव होते हैं, जो बोर्ड के क्षेत्र को बर्बाद करते हैं, और सिग्नल की गुणवत्ता को भी कम करते हैं। हमें वास्तविक सिग्नल गति आवश्यकताओं के अनुसार विलंब अतिरेक की गणना करनी चाहिए, ताकि बोर्ड के तारों के नियमों को निर्धारित किया जा सके।

समान लंबाई के कार्य के अलावा, सर्पीन रेखा के कई अन्य कार्यों का अक्सर इंटरनेट पर लेखों में उल्लेख किया जाता है, इसलिए मैं यहां इसके बारे में भी संक्षेप में बात करूंगा।

1. एक शब्द जो मैं अक्सर देखता हूं वह है प्रतिबाधा मिलान की भूमिका। यह कथन बड़ा विचित्र है। पीसीबी ट्रेस का प्रतिबाधा लाइन की चौड़ाई, ढांकता हुआ स्थिरांक और संदर्भ विमान की दूरी से संबंधित है। यह सर्पीन रेखा से कब संबंधित है? ट्रेस का आकार प्रतिबाधा को कब प्रभावित करता है? मुझे नहीं पता कि इस बयान का स्रोत कहां से आया है।

2. यह भी कहा जाता है कि यह छानने की भूमिका है। इस फ़ंक्शन को अनुपस्थित नहीं कहा जा सकता है, लेकिन डिजिटल सर्किट में कोई फ़िल्टरिंग फ़ंक्शन नहीं होना चाहिए या हमें इस फ़ंक्शन को डिजिटल सर्किट में उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। रेडियो फ्रीक्वेंसी सर्किट में, सर्पिन ट्रेस एक एलसी सर्किट बना सकता है। यदि इसका एक निश्चित आवृत्ति संकेत पर फ़िल्टरिंग प्रभाव पड़ता है, तो यह अभी भी अतीत है।

3. एंटीना प्राप्त करना। यह हो सकता है। यह प्रभाव हम कुछ मोबाइल फोन या रेडियो पर देख सकते हैं। कुछ एंटेना पीसीबी के निशान से बने होते हैं।

4. अधिष्ठापन। यह हो सकता है। पीसीबी पर सभी निशानों में मूल रूप से परजीवी अधिष्ठापन होता है। कुछ PCB इंडिकेटर्स बनाना संभव है।

5. फ्यूज। यह प्रभाव मुझे हैरान करता है। छोटा और संकरा सर्पीन तार फ्यूज के रूप में कैसे कार्य करता है? करंट ज्यादा होने पर जलना? बोर्ड को स्क्रैप नहीं किया गया है, इस फ्यूज की कीमत बहुत अधिक है, मैं वास्तव में नहीं जानता कि यह किस प्रकार के अनुप्रयोग में उपयोग किया जाएगा।

उपरोक्त परिचय के माध्यम से, हम स्पष्ट कर सकते हैं कि एनालॉग या रेडियो फ्रीक्वेंसी सर्किट में, सर्पिन लाइनों के कुछ विशेष कार्य होते हैं, जो कि माइक्रोस्ट्रिप लाइनों की विशेषताओं से निर्धारित होते हैं। डिजिटल सर्किट डिजाइन में, समय मिलान प्राप्त करने के लिए समान लंबाई के लिए सर्पिन लाइन का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, सर्पिन लाइन सिग्नल की गुणवत्ता को प्रभावित करेगी, इसलिए सिस्टम की आवश्यकताओं को सिस्टम में स्पष्ट किया जाना चाहिए, सिस्टम रिडंडेंसी की गणना वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार की जानी चाहिए, और सर्पेन्टाइन लाइन का उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए।