曲がりくねった線を理解するために、 PCB 最初にルーティングします。 この概念を導入する必要はないようです。 ハードウェアエンジニアは毎日配線作業をしていませんか？ PCB上のすべてのトレースは、ハードウェアエンジニアによってXNUMXつずつ引き出されます。 何が言えますか？ 実際、この単純なルーティングには、通常無視する多くの知識ポイントも含まれています。 たとえば、マイクロストリップラインとストリップラインの概念。 簡単に言えば、マイクロストリップラインはPCBボードの表面を走るトレースであり、ストリップラインはPCBの内層を走るトレースです。 これらのXNUMXつの線の違いは何ですか？

マイクロストリップラインの基準面はPCBの内層のグランド面であり、トレースの反対側は空気にさらされているため、トレース周辺の誘電率に一貫性がありません。 たとえば、一般的に使用されているFR4基板の誘電率は約4.2、空気の誘電率は1です。ストリップラインの上側と下側の両方に基準面があり、トレース全体がPCB基板に埋め込まれています。トレース周辺の誘電率は同じです。 これにより、TEM波はストリップラインで送信され、準TEM波はマイクロストリップラインで送信されます。 なぜそれは準TEM波なのですか？ これは、空気とPCB基板間の界面での位相の不一致によるものです。 TEM波とは？ この問題をさらに深く掘り下げると、XNUMXか月半でそれを終えることができなくなります。

簡単に言うと、マイクロストリップラインであろうとストリップラインであろうと、それらの役割は、デジタル信号であろうとアナログ信号であろうと、信号を運ぶことに他なりません。 これらの信号は、トレース内の一方の端からもう一方の端に電磁波の形で送信されます。 波なのでスピードが必要です。 PCBトレース上の信号の速度はどれくらいですか？ 誘電率の違いにより、速度も異なります。 空気中の電磁波の伝播速度は、よく知られている光速です。 他の媒体での伝播速度は、次の式で計算する必要があります。

V = C / Er0.5

その中で、Vは媒体内の伝搬速度、Cは光速、Erは媒体の誘電率です。 この式により、PCBトレース上の信号の伝送速度を簡単に計算できます。 たとえば、FR4ベース材料の誘電率を式に取り入れて計算します。つまり、FR4ベース材料の信号の伝送速度は光速の半分です。 ただし、表面をトレースしたマイクロストリップラインの半分は空気中にあり、半分は基板にあるため、誘電率がわずかに低下し、伝送速度はストリップラインよりもわずかに速くなります。 一般的に使用される経験的データは、マイクロストリップラインのトレース遅延が約140ps /インチであり、ストリップラインのトレース遅延が約166ps /インチであるというものです。

前にも言ったように、目的は1つだけです。つまり、PCBでの信号伝送を遅らせることです。 つまり、一方のピンが送信された直後に、信号が配線を介してもう一方のピンに送信されることはありません。 信号伝送速度は非常に高速ですが、トレース長が十分に長い限り、信号伝送に影響を与えます。 たとえば、1GHz信号の場合、周期は100nsであり、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時間は周期の約1分の2.54であるため、8psになります。 トレースの長さが20インチ（約XNUMX cm）を超える場合、伝送遅延は立ち上がりエッジより大きくなります。 トレースがXNUMXインチ（約XNUMX cm）を超える場合、遅延は完全なサイクルになります。

PCBは非常に大きな影響を与えることが判明しました。私たちのボードには、1インチを超えるトレースがあることが非常に一般的です。 遅延はボードの通常の動作に影響しますか？ 実際のシステムを見ると、それが単なる信号であり、他の信号をオフにしたくない場合、遅延は何の影響も及ぼさないようです。 ただし、高速システムでは、この遅延が実際に有効になります。 たとえば、私たちの一般的なメモリ粒子は、データライン、アドレスライン、クロック、および制御ラインとバスの形で接続されています。 私たちのビデオインターフェースを見てください。 HDMIまたはDVIのチャネル数に関係なく、データチャネルとクロックチャネルが含まれます。 または、一部のバスプロトコルは、すべてデータとクロックの同期送信です。 そして、実際の高速システムでは、これらのクロック信号とデータ信号がメインチップから同期して送信されます。 PCBトレースの設計が不十分な場合、クロック信号とデータ信号の長さは大きく異なります。 データのサンプリングを間違えると、システム全体が正常に動作しなくなります。

この問題を解決するにはどうすればよいですか？ 当然、同じグループのトレース長が同じになるように短いトレースを長くすると、遅延は同じになると思いますか？ 配線を長くする方法は？ 行き渡る！ ビンゴ！ 最終的に主題に戻ることは容易ではありません。 これが高速システムの蛇行線の主な機能です。 曲がりくねった、同じ長さ。 とても簡単です。 曲がりくねった線は、同じ長さを巻くために使用されます。 曲がりくねった線を引くことにより、同じグループの信号を同じ長さにすることができます。そのため、受信チップが信号を受信した後、PCBトレースの異なる遅延によってデータが発生することはありません。 間違った選択。 曲がりくねった線は、他のPCBボードのトレースと同じです。

それらは信号を接続するために使用されますが、より長く、それを持っていません。 したがって、曲がりくねった線は深くなく、複雑すぎません。 他の配線と同じであるため、一般的に使用される配線規則のいくつかは曲がりくねった線にも適用できます。 同時に、曲がりくねった線の特殊な構造のため、配線の際には注意が必要です。 たとえば、曲がりくねった線を互いに平行に保つようにします。 短い、つまり、ことわざにあるように大きな曲がり角を曲がり、狭い領域で密になりすぎたり小さすぎたりしないでください。

これはすべて、信号干渉を減らすのに役立ちます。 曲がりくねったラインは、ラインの長さが人為的に長くなるため、信号に悪影響を及ぼします。システムのタイミング要件を満たすことができる限り、使用しないでください。 一部のエンジニアは、DDRまたは高速信号を使用して、グループ全体を同じ長さにします。 曲がりくねった線がボード全体に飛んでいます。 これはより良い配線のようです。 実際、これは怠惰で無責任です。 巻く必要のない多くの場所が巻かれているため、ボードの領域が無駄になり、信号品質も低下します。 ボードの配線規則を決定するために、実際の信号速度要件に従って遅延冗長性を計算する必要があります。

同じ長さの機能に加えて、蛇行線の他のいくつかの機能がインターネット上の記事で頻繁に言及されているので、ここでも簡単に説明します。

1.私がよく目にする言葉のXNUMXつは、インピーダンス整合の役割です。 この声明は非常に奇妙です。 PCBトレースのインピーダンスは、線幅、誘電率、および基準面の距離に関連しています。 曲がりくねった線とはいつ関係がありますか？ トレースの形状はいつインピーダンスに影響しますか？ この声明の出典がどこから来ているのかわかりません。

2.フィルタリングの役割とも言われています。 この機能がないとは言えませんが、デジタル回路にはフィルタリング機能がないはずですし、デジタル回路ではこの機能を使う必要はありません。 無線周波数回路では、曲がりくねったトレースがLC回路を形成する可能性があります。 それが特定の周波数信号にフィルタリング効果を持っている場合、それはまだ過去です。

3.受信アンテナ。 これは可能性があります。 この効果は、一部の携帯電話やラジオで見られます。 一部のアンテナはPCBトレースで作られています。

4.インダクタンス。 これは可能性があります。 PCB上のすべてのトレースには、元々寄生インダクタンスがあります。 いくつかのPCBインダクタを作ることは達成可能です。

5.ヒューズ。 この効果は私を困惑させます。 短くて細い曲がりくねったワイヤーはどのようにヒューズとして機能しますか？ 電流が大きいときに燃え尽きますか？ ボードは廃棄されておらず、このヒューズの価格は高すぎます。どのようなアプリケーションで使用されるのか本当にわかりません。

上記の紹介により、アナログまたは無線周波数回路において、曲がりくねったラインには、マイクロストリップラインの特性によって決定されるいくつかの特別な機能があることが明らかになります。 デジタル回路設計では、タイミングマッチングを実現するために蛇行線を同じ長さに使用します。 また、曲がりくねった線は信号品質に影響を与えるため、システム要件を明確にし、実際の要件に応じてシステムの冗長性を計算し、曲がりくねった線の使用には注意が必要です。