A szerpentin vonal megértéséhez beszéljünk a PCB az útválasztás először. Úgy tűnik, ezt a koncepciót nem kell bemutatni. A hardvermérnök nem végez minden nap vezetékezési munkákat? A PCB-n minden nyomot egyenként rajzol ki a hardvermérnök. Mit lehet mondani? Valójában ez az egyszerű útválasztás sok olyan tudáspontot is tartalmaz, amelyeket általában figyelmen kívül hagyunk. Például a mikroszalagos vonal és a szalagvezeték fogalma. Egyszerűen fogalmazva, a mikroszalag vonal az a nyom, amely a PCB kártya felületén fut, a szalagvonal pedig az a nyom, amely a PCB belső rétegén fut. Mi a különbség e két sor között?

A mikrocsík vonal referenciasíkja a NYÁK belső rétegének alapsíkja, a nyomvonal másik oldala pedig a levegőnek van kitéve, ami miatt a nyom körüli dielektromos állandó inkonzisztens. Például az általánosan használt FR4 hordozónk dielektromos állandója Körülbelül 4.2, a levegő dielektromos állandója 1. A szalagvonal felső és alsó oldalán is vannak referenciasíkok, a teljes nyomvonal a PCB hordozóba van ágyazva, és a dielektromos állandó a nyom körül azonos. Ez azt is okozza, hogy a TEM hullám a szalagvezetéken, míg a kvázi-TEM hullám a mikroszalag vonalon kerül átvitelre. Miért kvázi-TEM hullám? Ennek oka a levegő és a PCB hordozó közötti interfész fáziseltérése. Mi az a TEM hullám? Ha mélyebbre ásol ebben a kérdésben, tíz és fél hónapon belül nem fogod tudni befejezni.

Hogy röviden leírjuk, legyen szó mikroszalagos vonalról vagy szalagvezetékről, szerepük nem más, mint jelek továbbítása, legyen szó digitális vagy analóg jelekről. Ezeket a jeleket elektromágneses hullámok formájában továbbítják a nyomvonal egyik végétől a másikig. Mivel ez egy hullám, sebességnek kell lennie. Mekkora a jel sebessége a PCB nyomon? A dielektromos állandó különbsége szerint a sebesség is eltérő. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége a levegőben a jól ismert fénysebesség. A terjedési sebességet más közegekben a következő képlettel kell kiszámítani:

V=C/Er0.5

Közülük V a terjedési sebesség a közegben, C a fény sebessége, Er pedig a közeg dielektromos állandója. Ezzel a képlettel könnyen kiszámíthatjuk a PCB nyomon lévő jel átviteli sebességét. Például egyszerűen bevesszük a képletbe az FR4 alapanyag dielektromos állandóját a kiszámításához, vagyis az FR4 alapanyagban a jel átviteli sebessége a fénysebesség fele. Mivel azonban a felületen megrajzolt mikrocsík vonal fele a levegőben, fele pedig a hordozóban van, a dielektromos állandó kissé csökken, így az átviteli sebesség valamivel gyorsabb lesz, mint a szalagvonalé. Az általánosan használt empirikus adat az, hogy a mikroszalag vonal nyomkövetési késleltetése körülbelül 140ps/inch, a szalagvonal nyomkövetési késleltetése pedig körülbelül 166ps/inch.

Ahogy korábban is mondtam, egyetlen célja van, vagyis késik a jelátvitel a PCB-n! Ez azt jelenti, hogy a jel nem kerül továbbításra a másik érintkezőhöz a vezetéken keresztül egy pillanat alatt az egyik érintkező elküldése után. Bár a jelátviteli sebesség nagyon gyors, mindaddig, amíg a nyomkövetési hossz elég hosszú, ez továbbra is befolyásolja a jelátvitelt. Például egy 1 GHz-es jelnél a periódus 1 ns, a felfutó vagy lefutó él ideje pedig körülbelül a periódus egytizede, akkor 100 ps. Ha a nyomvonalunk hossza meghaladja az 1 hüvelyket (kb. 2.54 cm), akkor az átviteli késleltetés több lesz, mint egy felfutó él. Ha a nyomvonal meghaladja a 8 hüvelyket (kb. 20 cm), akkor a késleltetés egy teljes ciklus!

Kiderült, hogy a PCB-nek akkora hatása van, nagyon gyakori, hogy a lapjainkon több mint 1 hüvelykes nyomok vannak. Befolyásolja-e a késleltetés a tábla normál működését? A tényleges rendszert nézve, ha ez csak egy jel, és nem akarsz más jeleket kikapcsolni, akkor úgy tűnik, hogy a késleltetésnek nincs hatása. Egy nagy sebességű rendszerben azonban ez a késleltetés ténylegesen életbe lép. Például közös memóriarészecskéink egy busz formájában vannak összekötve adatvonalakkal, címsorokkal, órákkal és vezérlővonalakkal. Tekintse meg videós felületünket. Nem számít, hány csatorna van HDMI vagy DVI, adatcsatornákat és óracsatornákat fog tartalmazni. Vagy néhány buszprotokoll, amelyek mindegyike az adatok és az óra szinkron átvitele. Ezután egy tényleges nagy sebességű rendszerben ezeket az órajeleket és adatjeleket szinkronban küldik el a fő chipről. Ha rossz a PCB nyomkövetési kialakításunk, akkor az órajel és az adatjel hossza nagyon különbözik. Könnyen előfordulhat, hogy rossz adatmintavételt idéz elő, és akkor az egész rendszer nem fog megfelelően működni.

Mit tegyünk, hogy megoldjuk ezt a problémát? Természetesen azt gondolnánk, hogy ha a rövid hosszúságú nyomokat úgy meghosszabbítjuk, hogy ugyanannak a csoportnak a nyomhossza megegyezzen, akkor a késleltetés is azonos lesz? Hogyan lehet meghosszabbítani a vezetékeket? Menj körbe! Bingó! Nem könnyű végre visszatérni a tárgyhoz. Ez a szerpentinvonal fő funkciója a nagysebességű rendszerben. Tekervényes, egyenlő hosszúságú. Ez ennyire egyszerű. A szerpentin zsinór az egyenlő hosszúságú tekercselésre szolgál. A szerpentin vonal megrajzolásával ugyanazt a jelcsoportot azonos hosszúságúvá tehetjük, így miután a vevő chip megkapta a jelet, ne a NYÁK-nyomon lévő eltérő késleltetések okozzák az adatokat. Rossz választás. A szerpentin vonal megegyezik a többi nyomtatott áramköri lapon lévő nyomokkal.

A jelek összekötésére szolgálnak, de hosszabbak és nincs bennük. Tehát a szerpentin vonal nem mély és nem túl bonyolult. Mivel ez ugyanaz, mint a többi vezeték, néhány általánosan használt huzalozási szabály a szerpentin vonalakra is vonatkozik. Ugyanakkor a szerpentin vonalak speciális felépítése miatt a vezetékezésnél erre figyelni kell. Például próbálja meg távolabb tartani a szerpentinvonalakat egymással párhuzamosan. Rövidebb, vagyis a mondás szerint nagy kanyart megkerülni, kis területen ne menj túl sűrűn és túl kicsire.

Mindez segít csökkenteni a jel interferenciáját. A szerpentin vonal a vonalhossz mesterséges növelése miatt rossz hatással lesz a jelre, így amíg megfelel a rendszer időzítési követelményeinek, ne használja. Egyes mérnökök DDR vagy nagy sebességű jeleket használnak, hogy az egész csoportot egyenlő hosszúságúvá tegyék. A szerpentin vonalak végigrepülnek a táblán. Úgy tűnik, ez jobb vezetékezés. Valójában ez lusta és felelőtlen. Sok olyan hely van feltekerve, amelyet nem kell feltekerni, ami pazarolja a tábla területét, és rontja a jel minőségét. A késleltetési redundanciát a tényleges jelsebesség-igény szerint kell kiszámítanunk, hogy meghatározzuk a kártya bekötési szabályait.

Az egyenlő hosszúság funkción kívül a szerpentinvonal számos más funkciója is gyakran szerepel az internetes cikkekben, ezért itt is röviden szólok róla.

1. Az egyik szó, amit gyakran látok, az impedanciaillesztés szerepe. Ez a kijelentés nagyon furcsa. A NYÁK-nyom impedanciája a vonal szélességével, a dielektromos állandóval és a referenciasík távolságával függ össze. Mikor kapcsolódik a szerpentinvonalhoz? Mikor befolyásolja a nyom alakja az impedanciát? Nem tudom, honnan származik ez a kijelentés.

2. azt is mondják, hogy ez a szűrés szerepe. Ez a funkció nem mondható el hiányzónak, de a digitális áramkörökben ne legyen szűrési funkció, vagy nem kell ezt a funkciót használnunk a digitális áramkörökben. A rádiófrekvenciás áramkörben a szerpentin nyom LC áramkört alkothat. Ha egy bizonyos frekvenciájú jelre szűrő hatása van, az még a múlt.

3. Fogadó antenna. Ez lehet. Ezt a hatást néhány mobiltelefonon vagy rádión láthatjuk. Egyes antennák PCB nyomokkal készülnek.

4. Induktivitás. Ez lehet. A PCB-n lévő összes nyomnak eredetileg parazita induktivitása van. Elérhető néhány PCB induktor készítése.

5. Biztosíték. Ez a hatás zavarba ejt. Hogyan működik biztosítékként a rövid és keskeny szerpentinhuzal? Kiég, ha nagy az áram? A lap nincs selejtezve, ennek a biztosítéknak túl magas az ára, igazából nem tudom milyen alkalmazásban fogják használni.

A fenti bevezető segítségével tisztázhatjuk, hogy az analóg vagy rádiófrekvenciás áramkörökben a szerpentin vonalaknak van néhány speciális funkciója, amelyet a mikroszalagos vonalak jellemzői határoznak meg. A digitális áramkörök tervezésében a szerpentin vonalat egyenlő hosszúságban használják az időzítési illeszkedés elérése érdekében. Emellett a szerpentin vonal befolyásolja a jel minőségét, ezért a rendszerben tisztázni kell a rendszerkövetelményeket, a rendszer redundanciáját a tényleges követelményeknek megfelelően kell kiszámítani, és a szerpentin vonalat óvatosan kell használni.