Untuk memahami garis serpentine, mari kita bicarakan PCB perutean terlebih dahulu. Konsep ini sepertinya tidak perlu diperkenalkan. Bukankah insinyur perangkat keras melakukan pekerjaan pemasangan kabel setiap hari? Setiap jejak pada PCB ditarik satu per satu oleh insinyur perangkat keras. Apa yang bisa dikatakan? Faktanya, routing sederhana ini juga mengandung banyak poin pengetahuan yang biasanya kita abaikan. Misalnya konsep microstrip line dan stripline. Sederhananya, microstrip line adalah jejak yang berjalan di permukaan papan PCB, dan stripline adalah jejak yang berjalan di lapisan dalam PCB. Apa perbedaan antara kedua garis ini?

Bidang referensi dari garis mikrostrip adalah bidang dasar dari lapisan dalam PCB, dan sisi lain dari jejak terkena udara, yang menyebabkan konstanta dielektrik di sekitar jejak menjadi tidak konsisten. Misalnya, konstanta dielektrik substrat FR4 kami yang umum digunakan adalah Sekitar 4.2, konstanta dielektrik udara adalah 1. Ada bidang referensi di sisi atas dan bawah garis strip, seluruh jejak tertanam di substrat PCB, dan konstanta dielektrik di sekitar jejak adalah sama. Hal ini juga menyebabkan gelombang TEM ditransmisikan pada jalur strip, sedangkan gelombang quasi-TEM ditransmisikan pada jalur mikrostrip. Mengapa gelombang kuasi-TEM? Itu karena ketidakcocokan fase pada antarmuka antara udara dan substrat PCB. Apa itu gelombang TEM? Jika Anda menggali lebih dalam tentang masalah ini, Anda tidak akan dapat menyelesaikannya dalam sepuluh setengah bulan.

Singkat cerita, apakah itu microstrip line atau stripline, perannya tidak lebih dari membawa sinyal, baik sinyal digital maupun sinyal analog. Sinyal-sinyal ini ditransmisikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik dari satu ujung ke ujung lainnya dalam jejak. Karena itu adalah gelombang, pasti ada kecepatan. Berapa kecepatan sinyal pada jejak PCB? Menurut perbedaan konstanta dielektrik, kecepatannya juga berbeda. Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di udara adalah kecepatan cahaya yang terkenal. Kecepatan rambat di media lain harus dihitung dengan rumus berikut:

V=C/Er0.5

Diantaranya, V adalah kecepatan rambat dalam medium, C adalah kecepatan cahaya, dan Er adalah konstanta dielektrik medium. Melalui rumus ini, kita dapat dengan mudah menghitung kecepatan transmisi sinyal pada jejak PCB. Sebagai contoh, kita cukup mengambil konstanta dielektrik bahan dasar FR4 ke dalam rumus untuk menghitungnya, yaitu, kecepatan transmisi sinyal dalam bahan dasar FR4 adalah setengah kecepatan cahaya. Namun, karena setengah dari garis mikrostrip yang dilacak di permukaan berada di udara dan setengahnya lagi di substrat, konstanta dielektrik akan sedikit berkurang, sehingga kecepatan transmisi akan sedikit lebih cepat daripada garis strip. Data empiris yang umum digunakan adalah tundaan jejak garis mikrostrip sekitar 140 ps/inci, dan tunda tundaan tunda garis strip sekitar 166 ps/inci.

Seperti yang saya katakan sebelumnya, hanya ada satu tujuan, yaitu transmisi sinyal pada PCB tertunda! Artinya, sinyal tidak ditransmisikan ke pin lain melalui kabel dalam sekejap setelah satu pin dikirim. Meskipun kecepatan transmisi sinyal sangat cepat, selama panjang jejaknya cukup panjang, itu masih akan mempengaruhi transmisi sinyal. Misalnya, untuk sinyal 1GHz, periodenya adalah 1ns, dan waktu tepi naik atau turun sekitar sepersepuluh periode, maka itu adalah 100ps. Jika panjang jejak kami melebihi 1 inci (sekitar 2.54 cm), maka penundaan transmisi akan lebih dari tepi naik. Jika jejak melebihi 8 inci (sekitar 20 cm), maka penundaan akan menjadi siklus penuh!

Ternyata PCB memiliki dampak yang begitu besar, sangat umum papan kami memiliki jejak lebih dari 1 inci. Apakah penundaan akan mempengaruhi pengoperasian normal papan? Melihat sistem yang sebenarnya, jika itu hanya sinyal dan Anda tidak ingin mematikan sinyal lain, maka penundaan tampaknya tidak berpengaruh. Namun, dalam sistem kecepatan tinggi, penundaan ini akan benar-benar berlaku. Misalnya, partikel memori umum kita terhubung dalam bentuk bus, dengan jalur data, jalur alamat, jam, dan jalur kontrol. Lihat antarmuka video kami. Tidak peduli berapa banyak saluran HDMI atau DVI, itu akan berisi saluran data dan saluran jam. Atau beberapa protokol bus, yang semuanya merupakan transmisi data dan jam yang sinkron. Kemudian, dalam sistem kecepatan tinggi yang sebenarnya, sinyal clock dan sinyal data ini dikirim secara sinkron dari chip utama. Jika desain jejak PCB kami buruk, panjang sinyal clock dan sinyal data sangat berbeda. Sangat mudah untuk menyebabkan pengambilan sampel data yang salah, dan kemudian seluruh sistem tidak akan bekerja secara normal.

Apa yang harus kita lakukan untuk mengatasi masalah ini? Secara alami, kita akan berpikir bahwa jika jejak-jejak pendek diperpanjang sehingga panjang jejak dari kelompok yang sama adalah sama, maka penundaannya akan sama? Bagaimana cara memperpanjang kabel? Pergi berkeliling! Bingo! Tidak mudah untuk akhirnya kembali ke pokok pembicaraan. Ini adalah fungsi utama dari garis serpentine dalam sistem kecepatan tinggi. Berliku, sama panjang. Sesederhana itu. Garis berkelok-kelok digunakan untuk melilitkan dengan panjang yang sama. Dengan menggambar garis serpentine, kita dapat membuat kelompok sinyal yang sama memiliki panjang yang sama, sehingga setelah chip penerima menerima sinyal, data tidak akan disebabkan oleh penundaan yang berbeda pada jejak PCB. Salah memilih. Garis serpentine sama dengan jejak pada papan PCB lainnya.

Mereka digunakan untuk menghubungkan sinyal, tetapi mereka lebih panjang dan tidak memilikinya. Jadi garis berkelok-kelok tidak dalam dan tidak terlalu rumit. Karena sama dengan pengkabelan lainnya, beberapa aturan pengkabelan yang umum digunakan juga berlaku untuk jalur berkelok-kelok. Pada saat yang sama, karena struktur khusus garis berkelok-kelok, Anda harus memperhatikannya saat memasang kabel. Misalnya, cobalah untuk menjaga agar garis serpentine sejajar satu sama lain lebih jauh. Lebih pendek, yaitu, mengelilingi tikungan besar seperti kata pepatah, jangan terlalu padat dan terlalu kecil di area kecil.

Ini semua membantu mengurangi gangguan sinyal. Garis serpentine akan memiliki pengaruh buruk pada sinyal karena peningkatan buatan dari panjang garis, jadi selama dapat memenuhi persyaratan waktu dalam sistem, jangan menggunakannya. Beberapa insinyur menggunakan DDR atau sinyal berkecepatan tinggi untuk membuat seluruh grup sama panjangnya. Garis-garis serpentine terbang di seluruh papan. Tampaknya ini adalah kabel yang lebih baik. Sebenarnya, ini malas dan tidak bertanggung jawab. Banyak tempat yang tidak perlu dilukai adalah luka, yang memboroskan area papan, dan juga mengurangi kualitas sinyal. Kita harus menghitung redundansi penundaan sesuai dengan persyaratan kecepatan sinyal aktual, untuk menentukan aturan kabel papan.

Selain fungsinya sama panjang, beberapa fungsi lain dari garis serpentine juga sering disebutkan di artikel-artikel di internet, jadi saya juga akan membahasnya secara singkat di sini.

1. Salah satu kata yang sering saya lihat adalah peran pencocokan impedansi. Pernyataan ini sangat aneh. Impedansi jejak PCB terkait dengan lebar saluran, konstanta dielektrik, dan jarak bidang referensi. Kapan itu terkait dengan garis serpentine? Kapan bentuk jejak mempengaruhi impedansi? Entah dari mana sumber pernyataan ini.

2. juga dikatakan bahwa itu adalah peran penyaringan. Fungsi ini tidak bisa dikatakan tidak ada, tetapi seharusnya tidak ada fungsi penyaringan pada rangkaian digital atau kita tidak perlu menggunakan fungsi ini pada rangkaian digital. Di sirkuit frekuensi radio, jejak serpentine dapat membentuk sirkuit LC. Jika memiliki efek penyaringan pada sinyal frekuensi tertentu, itu masih masa lalu.

3. Menerima antena. Ini bisa. Kita dapat melihat efek ini pada beberapa ponsel atau radio. Beberapa antena dibuat dengan jejak PCB.

4. Induktansi. Ini bisa. Semua jejak pada PCB awalnya memiliki induktansi parasit. Hal ini dapat dicapai untuk membuat beberapa induktor PCB.

5. Sekering. Efek ini membuat saya bingung. Bagaimana fungsi kawat serpentine pendek dan sempit sebagai sekering? Terbakar saat arus tinggi? Papan tidak terkelupas, harga sekering ini terlalu tinggi, saya benar-benar tidak tahu aplikasi apa yang akan digunakan.

Melalui pendahuluan di atas, dapat dijelaskan bahwa pada rangkaian analog atau frekuensi radio, saluran serpentin memiliki beberapa fungsi khusus, yang ditentukan oleh karakteristik saluran mikrostrip. Dalam desain sirkuit digital, garis serpentine digunakan untuk panjang yang sama untuk mencapai pencocokan waktu. Selain itu, garis serpentine akan mempengaruhi kualitas sinyal, sehingga persyaratan sistem harus diklarifikasi dalam sistem, redundansi sistem harus dihitung sesuai dengan persyaratan aktual, dan garis serpentine harus digunakan dengan hati-hati.