გველის ხაზის გასაგებად, მოდით ვისაუბროთ PCB მარშრუტიზაცია ჯერ. როგორც ჩანს, ეს კონცეფცია არ საჭიროებს დანერგვას. ტექნიკის ინჟინერი არ აკეთებს გაყვანილობის სამუშაოებს ყოველდღე? PCB-ზე ყველა კვალი სათითაოდ იკვეთება ტექნიკის ინჟინრის მიერ. რა შეიძლება ითქვას? სინამდვილეში, ეს მარტივი მარშრუტი ასევე შეიცავს უამრავ ცოდნის წერტილს, რომელსაც ჩვენ ჩვეულებრივ უგულებელყოფთ. მაგალითად, მიკროსტრიპის ხაზისა და სტრიპლაინის კონცეფცია. მარტივად რომ ვთქვათ, მიკროზოლის ხაზი არის კვალი, რომელიც გადის PCB დაფის ზედაპირზე, ხოლო სტრიპლაინი არის კვალი, რომელიც გადის PCB-ის შიდა ფენაზე. რა განსხვავებაა ამ ორ ხაზს შორის?

მიკროზოლის ხაზის საცნობარო სიბრტყე არის PCB-ის შიდა ფენის გრუნტის სიბრტყე, ხოლო კვალის მეორე მხარე ექვემდებარება ჰაერს, რაც იწვევს კვალის გარშემო დიელექტრიკული მუდმივის არათანმიმდევრულობას. მაგალითად, ჩვენი საყოველთაოდ გამოყენებული FR4 სუბსტრატის დიელექტრიკული მუდმივი არის დაახლოებით 4.2, ჰაერის დიელექტრიკული მუდმივა არის 1. არის საცნობარო სიბრტყეები ზოლის ხაზის ზედა და ქვედა მხარეს, მთელი კვალი ჩასმულია PCB სუბსტრატში. და დიელექტრიკული მუდმივა კვალის გარშემო იგივეა. ეს ასევე იწვევს TEM ტალღის გადაცემას ზოლის ხაზზე, ხოლო კვაზი-TEM ტალღა გადადის მიკროზოლის ხაზზე. რატომ არის ეს კვაზი-TEM ტალღა? ეს გამოწვეულია ჰაერსა და PCB სუბსტრატს შორის ფაზის შეუსაბამობის გამო. რა არის TEM ტალღა? ამ საკითხს თუ ჩაუღრმავდებით, ათ თვენახევარში ვერ დაასრულებთ.

მოკლედ რომ ვთქვათ, იქნება ეს მიკროზოლის ხაზი თუ ზოლი, მათი როლი სხვა არაფერია, თუ არა სიგნალების გადატანა, იქნება ეს ციფრული სიგნალები თუ ანალოგური სიგნალები. ეს სიგნალები გადაეცემა ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით ერთი ბოლოდან მეორემდე კვალში. ვინაიდან ეს არის ტალღა, უნდა იყოს სიჩქარე. რა არის სიგნალის სიჩქარე PCB კვალზე? დიელექტრიკულ მუდმივებში განსხვავების მიხედვით, სიჩქარეც განსხვავებულია. ჰაერში ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე არის ცნობილი სინათლის სიჩქარე. სხვა მედიაში გავრცელების სიჩქარე უნდა გამოითვალოს შემდეგი ფორმულით:

V=C/Er0.5

მათ შორის V არის გარემოში გავრცელების სიჩქარე, C არის სინათლის სიჩქარე და Er არის გარემოს დიელექტრიკული მუდმივა. ამ ფორმულის საშუალებით ჩვენ შეგვიძლია მარტივად გამოვთვალოთ სიგნალის გადაცემის სიჩქარე PCB კვალზე. მაგალითად, ჩვენ უბრალოდ ვიღებთ FR4 საბაზისო მასალის დიელექტრიკულ მუდმივას ფორმულაში მის გამოსათვლელად, ანუ FR4 საბაზისო მასალაში სიგნალის გადაცემის სიჩქარე სინათლის სიჩქარის ნახევარია. თუმცა, იმის გამო, რომ ზედაპირზე მიკვლეული მიკროზოლის ხაზის ნახევარი ჰაერშია, ნახევარი კი სუბსტრატში, დიელექტრიკული მუდმივი ოდნავ შემცირდება, ამიტომ გადაცემის სიჩქარე ოდნავ უფრო სწრაფი იქნება, ვიდრე ზოლის ხაზის სიჩქარე. ხშირად გამოყენებული ემპირიული მონაცემებია, რომ მიკროზოლის ხაზის კვალის დაყოვნება არის დაახლოებით 140 ps/ინჩი, ხოლო სტრიპლაინის კვალის დაყოვნება არის დაახლოებით 166ps/inch.

როგორც უკვე ვთქვი, მიზანი მხოლოდ ერთია, ანუ PCB-ზე სიგნალის გადაცემა დაგვიანებულია! ანუ, სიგნალი არ გადაეცემა მეორე პინს გაყვანილობის მეშვეობით ერთი პინის გაგზავნის შემდეგ. მიუხედავად იმისა, რომ სიგნალის გადაცემის სიჩქარე ძალიან სწრაფია, სანამ კვალი საკმარისად გრძელია, ის მაინც იმოქმედებს სიგნალის გადაცემაზე. მაგალითად, 1 გჰც სიხშირის სიგნალისთვის, პერიოდი არის 1 წმ, ხოლო აწევის ან დაცემის დრო არის პერიოდის დაახლოებით მეათედი, შემდეგ კი 100 წმ. თუ ჩვენი კვალის სიგრძე აღემატება 1 ინჩს (დაახლოებით 2.54 სმ), მაშინ გადაცემის შეფერხება იქნება აღმავალი კიდეზე მეტი. თუ კვალი აღემატება 8 ინჩს (დაახლოებით 20 სმ), მაშინ დაგვიანება იქნება სრული ციკლი!

გამოდის, რომ PCB-ს ისეთი დიდი გავლენა აქვს, ძალიან ხშირია ჩვენს დაფებზე 1 ინჩზე მეტი კვალი. იმოქმედებს თუ არა დაგვიანება დაფის ნორმალურ მუშაობაზე? თუ გადავხედავთ რეალურ სისტემას, თუ ეს მხოლოდ სიგნალია და არ გსურთ სხვა სიგნალების გამორთვა, მაშინ, როგორც ჩანს, შეფერხებას არანაირი ეფექტი არ აქვს. თუმცა, მაღალსიჩქარიან სისტემაში ეს შეფერხება რეალურად ამოქმედდება. მაგალითად, ჩვენი საერთო მეხსიერების ნაწილაკები დაკავშირებულია ავტობუსის სახით, მონაცემთა ხაზებით, მისამართის ხაზებით, საათებით და საკონტროლო ხაზებით. გადახედეთ ჩვენს ვიდეო ინტერფეისს. არ აქვს მნიშვნელობა რამდენი არხია HDMI ან DVI, ის შეიცავს მონაცემთა არხებს და საათის არხებს. ან ზოგიერთი ავტობუსის პროტოკოლი, რომლებიც ყველა არის მონაცემთა და საათის სინქრონული გადაცემა. შემდეგ, რეალურ მაღალსიჩქარიან სისტემაში, ეს საათის სიგნალები და მონაცემთა სიგნალები სინქრონულად იგზავნება მთავარი ჩიპიდან. თუ ჩვენი PCB კვალის დიზაინი ცუდია, საათის სიგნალის სიგრძე და მონაცემთა სიგნალი ძალიან განსხვავებულია. ადვილია მონაცემთა არასწორი შერჩევის გამოწვევა და შემდეგ მთელი სისტემა ნორმალურად არ იმუშავებს.

რა უნდა გავაკეთოთ ამ პრობლემის მოსაგვარებლად? ბუნებრივია, ვიფიქრებდით, რომ თუ მოკლე სიგრძის კვალი ისე გაგრძელდება, რომ ერთი და იგივე ჯგუფის კვალის სიგრძე ერთნაირი იყოს, მაშინ დაყოვნება იგივე იქნება? როგორ გავაგრძელოთ გაყვანილობა? Მოუარე! ბინგო! საკითხზე საბოლოოდ დაბრუნება ადვილი არ არის. ეს არის სერპენტინის ხაზის მთავარი ფუნქცია მაღალსიჩქარიან სისტემაში. გრაგნილი, თანაბარი სიგრძე. ეს ასე მარტივია. სერპენტინის ხაზი გამოიყენება თანაბარი სიგრძის მოსახვევად. სერპენტინის ხაზის დახაზვით, შეგვიძლია ერთი და იგივე ჯგუფის სიგნალებს იგივე სიგრძე ჰქონდეს, რათა მას შემდეგ, რაც მიმღები ჩიპი მიიღებს სიგნალს, მონაცემები არ იყოს გამოწვეული PCB კვალზე სხვადასხვა დაყოვნებით. არასწორი არჩევანი. სერპენტინის ხაზი იგივეა, რაც კვალი სხვა PCB დაფებზე.

ისინი გამოიყენება სიგნალების დასაკავშირებლად, მაგრამ ისინი უფრო გრძელია და არ აქვთ. ასე რომ, სერპენტინის ხაზი არ არის ღრმა და არც ისე რთული. იმის გამო, რომ ეს იგივეა, რაც სხვა გაყვანილობა, ზოგიერთი ჩვეულებრივ გამოყენებული გაყვანილობის წესი ასევე გამოიყენება სერპენტინის ხაზებზე. ამავდროულად, სერპენტინის ხაზების განსაკუთრებული სტრუქტურის გამო, ყურადღება უნდა მიაქციოთ მას გაყვანილობის დროს. მაგალითად, შეეცადეთ შეინარჩუნოთ სერპენტინის ხაზები ერთმანეთის პარალელურად უფრო შორს. მოკლედ, ანუ, იარეთ დიდი მოსახვევის გარშემო, როგორც ამბობენ, არ გადახვიდეთ ძალიან მკვრივი და ძალიან პატარა პატარა ფართობზე.

ეს ყველაფერი ხელს უწყობს სიგნალის ჩარევის შემცირებას. სერპენტინის ხაზი ცუდ გავლენას მოახდენს სიგნალზე ხაზის სიგრძის ხელოვნურად გაზრდის გამო, ასე რომ, სანამ მას შეუძლია დააკმაყოფილოს სისტემაში არსებული დროის მოთხოვნები, არ გამოიყენოთ იგი. ზოგიერთი ინჟინერი იყენებს DDR ან მაღალსიჩქარიან სიგნალებს, რათა მთელი ჯგუფი თანაბარი იყოს. სერპენტინის ხაზები დაფრინავენ მთელ დაფაზე. როგორც ჩანს, ეს უკეთესია გაყვანილობა. სინამდვილეში, ეს არის ზარმაცი და უპასუხისმგებლო. ბევრი ადგილი, რომელსაც არ სჭირდება დაჭრა, ჭრილობაა, რაც კარგავს დაფის ფართობს და ასევე ამცირებს სიგნალის ხარისხს. ჩვენ უნდა გამოვთვალოთ დაყოვნების სიჭარბე რეალური სიგნალის სიჩქარის მოთხოვნების მიხედვით, რათა განვსაზღვროთ დაფის გაყვანილობის წესები.

თანაბარი სიგრძის ფუნქციის გარდა, სერპენტინის ხაზის რამდენიმე სხვა ფუნქცია ხშირად არის ნახსენები ინტერნეტის სტატიებში, ამიტომ აქაც მოკლედ ვისაუბრებ.

1. ერთ-ერთი სიტყვა, რომელსაც ხშირად ვხედავ, არის წინაღობის შესატყვისის როლი. ეს განცხადება ძალიან უცნაურია. PCB კვალის წინაღობა დაკავშირებულია ხაზის სიგანესთან, დიელექტრიკულ მუდმივთან და საორიენტაციო სიბრტყის მანძილზე. როდის უკავშირდება ის სერპენტინის ხაზს? როდის მოქმედებს კვალის ფორმა წინაღობაზე? არ ვიცი, საიდან მოდის ეს განცხადება.

2. ასევე ნათქვამია, რომ ეს არის ფილტრაციის როლი. არ შეიძლება ითქვას, რომ ეს ფუნქცია არ არის, მაგრამ ციფრულ სქემებში არ უნდა არსებობდეს ფილტრაციის ფუნქცია ან არ გვჭირდება ამ ფუნქციის გამოყენება ციფრულ სქემებში. რადიოსიხშირულ წრეში, სერპენტინის კვალს შეუძლია შექმნას LC წრე. თუ მას აქვს გარკვეული სიხშირის სიგნალზე ფილტრაციის ეფექტი, ეს მაინც წარსულია.

3. მიმღები ანტენა. ეს შეიძლება იყოს. ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ ეს ეფექტი ზოგიერთ მობილურ ტელეფონზე ან რადიოზე. ზოგიერთი ანტენა დამზადებულია PCB კვალით.

4. ინდუქციურობა. ეს შეიძლება იყოს. PCB-ზე ყველა კვალს თავდაპირველად აქვს პარაზიტული ინდუქციურობა. ზოგიერთი PCB ინდუქტორის დამზადება შესაძლებელია.

5. დაუკრავენ. ეს ეფექტი მაკვირვებს. როგორ მოქმედებს მოკლე და ვიწრო სერპენტინის მავთული, როგორც დაუკრავენ? დაიწვება, როცა დენი მაღალია? დაფა არ არის გაფუჭებული, ამ ფუჟის ფასი ძალიან მაღალია, ნამდვილად არ ვიცი რა აპლიკაციით იქნება გამოყენებული.

ზემოაღნიშნული შესავალიდან შეგვიძლია განვმარტოთ, რომ ანალოგური ან რადიოსიხშირული სქემებში სერპენტინის ხაზებს აქვთ სპეციალური ფუნქციები, რომლებიც განისაზღვრება მიკროზოლის ხაზების მახასიათებლებით. ციფრული მიკროსქემის დიზაინში, სერპენტინის ხაზი გამოიყენება თანაბარი სიგრძით დროის შესატყვისობის მისაღწევად. გარდა ამისა, სერპენტინის ხაზი გავლენას მოახდენს სიგნალის ხარისხზე, ამიტომ სისტემაში უნდა დაზუსტდეს სისტემის მოთხოვნები, სისტემის სიჭარბე უნდა გამოითვალოს ფაქტობრივი მოთხოვნების შესაბამისად და სერპენტინის ხაზი უნდა იქნას გამოყენებული სიფრთხილით.