Da bismo razumjeli serpentinsku liniju, razgovarajmo o tome PCB prvo usmjeravanje. Čini se da ovaj koncept ne treba uvoditi. Ne radi li hardverski inženjer svaki dan radove na ožičenju? Svaki trag na PCB-u izvlači jedan po jedan od strane hardverskog inženjera. Što se može reći? Zapravo, ovo jednostavno usmjeravanje također sadrži mnogo točaka znanja koje obično zanemarimo. Na primjer, koncept mikrotrakaste linije i trakaste linije. Jednostavno rečeno, mikrotrakasta linija je trag koji se proteže na površini PCB ploče, a trakasta linija je trag koji se proteže na unutarnjem sloju PCB-a. Koja je razlika između ove dvije linije?

Referentna ravnina mikrotrakaste linije je uzemljena ravnina unutarnjeg sloja PCB-a, a druga strana traga je izložena zraku, što uzrokuje nedosljednu dielektričnu konstantu oko traga. Na primjer, dielektrična konstanta naše najčešće korištene FR4 supstrata je oko 4.2, dielektrična konstanta zraka je 1. Postoje referentne ravnine i na gornjoj i na donjoj strani trakaste linije, cijeli trag je ugrađen u PCB supstrat, a dielektrična konstanta oko traga je ista. To također uzrokuje da se TEM val prenosi na trakastu liniju, dok se kvazi-TEM val prenosi na mikrotrakastu liniju. Zašto je to kvazi-TEM val? To je zbog neusklađenosti faza na sučelju između zraka i podloge PCB-a. Što je TEM val? Zadubite li se po tom pitanju, nećete ga moći završiti za deset i pol mjeseci.

Da skratimo priču, bez obzira radi li se o mikrotrakastoj liniji ili trakastoj liniji, njihova uloga nije ništa drugo nego prenošenje signala, bilo digitalnih ili analognih signala. Ti se signali prenose u obliku elektromagnetskih valova s ​​jednog kraja na drugi u tragu. Budući da je val, mora postojati brzina. Kolika je brzina signala na tragu PCB-a? Prema razlici dielektrične konstante različita je i brzina. Brzina širenja elektromagnetskih valova u zraku je dobro poznata brzina svjetlosti. Brzina širenja u drugim medijima mora se izračunati po sljedećoj formuli:

V=C/Er0.5

Među njima, V je brzina širenja u mediju, C je brzina svjetlosti, a Er je dielektrična konstanta medija. Pomoću ove formule lako možemo izračunati brzinu prijenosa signala na tragu PCB-a. Na primjer, jednostavno uzimamo dielektričnu konstantu osnovnog materijala FR4 u formulu da bismo je izračunali, odnosno brzina prijenosa signala u osnovnom materijalu FR4 je polovica brzine svjetlosti. Međutim, budući da je polovica mikrotrakaste linije koja se prati na površini u zraku, a polovica u supstratu, dielektrična konstanta će se malo smanjiti, pa će brzina prijenosa biti nešto veća od brzine trakaste linije. Uobičajeni empirijski podaci su da je kašnjenje u tragovima mikrotrakaste linije oko 140ps/inč, a kašnjenje u tragovima trakaste linije je oko 166ps/in.

Kao što sam već rekao, postoji samo jedna svrha, to jest, prijenos signala na PCB kasni! To jest, signal se ne prenosi na drugi pin kroz ožičenje u trenutku nakon što se jedan pin pošalje. Iako je brzina prijenosa signala vrlo velika, sve dok je duljina traga dovoljno duga, to će i dalje utjecati na prijenos signala. Na primjer, za signal od 1 GHz, period je 1ns, a vrijeme rastućeg ili padajućeg ruba je oko jedne desetine perioda, tada je 100ps. Ako duljina našeg traga prelazi 1 inč (približno 2.54 cm), onda će kašnjenje prijenosa biti više od rastućeg ruba. Ako trag prelazi 8 inča (otprilike 20 cm), onda će kašnjenje biti cijeli ciklus!

Ispostavilo se da PCB ima tako velik utjecaj, vrlo je uobičajeno da naše ploče imaju više od 1 inča tragova. Hoće li kašnjenje utjecati na normalan rad ploče? Gledajući stvarni sustav, ako je to samo signal i ne želite isključiti druge signale, čini se da kašnjenje nema nikakvog učinka. Međutim, u sustavu velike brzine, ovo odgoda će zapravo stupiti na snagu. Na primjer, naše uobičajene memorijske čestice povezane su u obliku sabirnice, s podatkovnim linijama, adresnim linijama, satovima i kontrolnim linijama. Pogledajte naše video sučelje. Bez obzira na to koliko je kanala HDMI ili DVI, on će sadržavati podatkovne kanale i kanale sata. Ili neki protokoli sabirnice, od kojih su svi sinkroni prijenos podataka i sata. Zatim, u stvarnom sustavu velike brzine, ti satni signali i podatkovni signali sinkrono se šalju iz glavnog čipa. Ako je naš dizajn traga PCB-a loš, duljina taktnog signala i podatkovnog signala su vrlo različite. Lako je izazvati pogrešno uzorkovanje podataka, a onda cijeli sustav neće raditi normalno.

Što trebamo učiniti da riješimo ovaj problem? Naravno, mislili bismo da ako se kratki tragovi produžuju tako da su duljine tragova iste grupe iste, onda će kašnjenje biti isto? Kako produljiti ožičenje? Idi okolo! Bingo! Nije lako konačno se vratiti na temu. Ovo je glavna funkcija serpentinske linije u sustavu velikih brzina. Namotavanje, jednake duljine. To je tako jednostavno. Zmijolika linija se koristi za namatanje jednake duljine. Povlačenjem vijugaste linije možemo učiniti da ista grupa signala ima istu duljinu, tako da nakon što primajući čip primi signal, podaci neće biti uzrokovani različitim kašnjenjima na tragu PCB-a. Pogrešan odabir. Zmijolika linija je ista kao i tragovi na drugim PCB pločama.

Služe za spajanje signala, ali su duži i nemaju ga. Dakle, serpentinska linija nije duboka i nije previše komplicirana. Budući da je isto kao i ostala ožičenja, neka uobičajena pravila ožičenja također su primjenjiva na serpentinaste vodove. Istodobno, zbog posebne strukture serpentinastih linija, trebate obratiti pozornost na to prilikom ožičenja. Na primjer, pokušajte da zmijolike linije budu paralelne jedna s drugom dalje. Kraće, odnosno obiđite veliki zavoj kako se ono kaže, ne idite pregusto i premalo na malom prostoru.

Sve to pomaže u smanjenju smetnji signala. Serpentinska linija će imati loš utjecaj na signal zbog umjetnog povećanja duljine linije, pa sve dok može zadovoljiti zahtjeve vremena u sustavu, nemojte je koristiti. Neki inženjeri koriste DDR ili signale velike brzine kako bi cijela grupa bila jednake duljine. Zmijolike linije lete po cijeloj ploči. Čini se da je ovo bolje ožičenje. Zapravo, ovo je lijeno i neodgovorno. Namotana su mnoga mjesta koja se ne moraju namotati, što troši površinu ploče, a također smanjuje kvalitetu signala. Trebali bismo izračunati redundanciju kašnjenja prema stvarnim zahtjevima brzine signala, kako bismo odredili pravila ožičenja ploče.

Osim funkcije jednake duljine, u člancima na internetu često se spominje još nekoliko funkcija serpentinaste linije, pa ću i ovdje ukratko govoriti o njoj.

1. Jedna od riječi koju često vidim je uloga usklađivanja impedancije. Ova izjava je vrlo čudna. Impedancija traga PCB-a povezana je s širinom linije, dielektričnom konstantom i udaljenosti referentne ravnine. Kada je to povezano sa serpentinskom linijom? Kada oblik traga utječe na impedanciju? Ne znam odakle izvor ove izjave.

2. također se kaže da je to uloga filtriranja. Ne može se reći da je ova funkcija odsutna, ali ne bi trebalo postojati funkcija filtriranja u digitalnim krugovima ili tu funkciju ne trebamo koristiti u digitalnim krugovima. U radiofrekvencijskom krugu, serpentinasti trag može formirati LC krug. Ako ima filterski učinak na signal određene frekvencije, to je još uvijek prošlost.

3. Prijemna antena. Ovo može biti. Taj efekt možemo vidjeti na nekim mobitelima ili radijima. Neke antene su izrađene s PCB tragovima.

4. Induktivnost. Ovo može biti. Svi tragovi na PCB-u izvorno imaju parazitsku induktivnost. Ostvarljivo je napraviti neke PCB induktore.

5. Osigurač. Ovaj efekt me zbunjuje. Kako kratka i uska serpentinasta žica funkcionira kao osigurač? Izgorjeti kada je struja velika? Ploča nije rashodovana, cijena ovog osigurača je previsoka, stvarno ne znam u kakvoj će se primjeni koristiti.

Kroz gornji uvod možemo pojasniti da u analognim ili radiofrekvencijskim krugovima serpentinasti vodovi imaju neke posebne funkcije, koje su određene karakteristikama mikrotrakastih vodova. U dizajnu digitalnog kruga, serpentinasta linija se koristi za jednaku duljinu kako bi se postiglo usklađivanje vremena. Osim toga, serpentinasta linija će utjecati na kvalitetu signala, tako da u sustavu treba pojasniti zahtjeve sustava, izračunati redundantnost sustava prema stvarnim zahtjevima, a serpentinastu liniju treba koristiti s oprezom.