Жылан сызыгын түшүнүү үчүн, келгиле, сүйлөшөлү PCB биринчи багыттоо. Бул түшүнүктү киргизүүнүн кереги жоктой. Инженер-техник зымдарды кун сайын жургузуп жатпайбы? ПХБдагы ар бир изи аппараттык инженер тарабынан бир-бирден чыгарылат. Эмне деп айтууга болот? Чындыгында, бул жөнөкөй маршрутта биз көбүнчө көңүл бурбай турган көптөгөн билим пункттарын камтыйт. Мисалы, микротилке сызыгы жана сызык сызыгы түшүнүгү. Жөнөкөй сөз менен айтканда, микрострип сызыгы – бул ПХБ тактасынын бетинде, ал эми сызык – бул ПХБнын ички катмарында жүргөн из. Бул эки саптын ортосунда кандай айырма бар?

Микрострип сызыгынын эталондук тегиздиги ПХБнын ички катмарынын жер тегиздиги болуп саналат, ал эми издин башка тарабы абага дуушар болот, бул издин айланасындагы диэлектрик туруктуулугунун дал келбей калышына алып келет. Мисалы, биздин көбүнчө колдонулган FR4 субстратыбыздын диэлектрдик туруктуулугу Around 4.2, абанын диэлектрдик туруктуулугу 1. тилке сызыгынын үстүнкү жана төмөнкү тарабында да шилтеме учактары бар, бүт из PCB субстратына камтылган, ал эми издин айланасындагы диэлектрдик өтүмдүүлүк бирдей. Бул дагы TEM толкунунун тилке линиясында берилишине себеп болот, ал эми квази-TEM толкуну микротилке линиясында өткөрүлөт. Эмне үчүн бул квази-TEM толкуну? Бул аба менен PCB субстраттын ортосундагы интерфейстеги фазалардын дал келбегендигине байланыштуу. TEM толкуну деген эмне? Бул маселени тереңирээк казсаң, он жарым айда бүтүрө албайсың.

Кыскача айтканда, микрострип сызыкпы же сызыкпы, алардын ролу санариптик сигналдарбы же аналогдук сигналдарбы, сигналдарды өткөрүүдөн башка эч нерсе эмес. Бул сигналдар электромагниттик толкундар түрүндө бир четинен экинчи четине изи менен берилет. Бул толкун болгондуктан, ылдамдык болушу керек. PCB изи боюнча сигналдын ылдамдыгы кандай? Диэлектрик өткөрүмдүүлүктүн айырмасына ылайык ылдамдыгы да ар түрдүү. Электромагниттик толкундардын абада таралуу ылдамдыгы жарыктын белгилүү ылдамдыгы болуп саналат. Башка чөйрөдө таралуу ылдамдыгы төмөнкү формула менен эсептелиши керек:

V=C/Er0.5

Алардын ичинен V – чөйрөдө таралуу ылдамдыгы, С – жарыктын ылдамдыгы, Эр – чөйрөнүн диэлектрдик өтүмдүүлүгү. Бул формула аркылуу биз PCB изи боюнча сигналдын берүү ылдамдыгын оңой эсептей алабыз. Мисалы, биз FR4 базалык материалынын диэлектрдик өтүмдүүлүгүн аны эсептөө үчүн формулага гана алабыз, башкача айтканда, FR4 негизги материалындагы сигналдын өтүү ылдамдыгы жарыктын ылдамдыгынын жарымына барабар. Бирок, бетинде тартылган микротилкелүү сызыктын жарымы абада, жарымы субстратта болгондуктан, диэлектрдик өтүмдүүлүк бир аз төмөндөйт, ошондуктан берүү ылдамдыгы тилке сызыгына караганда бир аз ылдамыраак болот. Көбүнчө колдонулган эмпирикалык маалыматтар микротилке сызыгынын изи кечигүү болжол менен 140 ps/дюйм, ал эми сызык сызыгынын изи кечигүү болжол менен 166 ps/дюйм.

Мен мурда айткандай, бир гана максат бар, башкача айтканда, PCB боюнча сигнал берүү кечиктирилип жатат! Башкача айтканда, сигнал бир пин жөнөтүлгөндөн кийин бир заматта зымдар аркылуу башка пинге берилбейт. Сигнал берүүнүн ылдамдыгы абдан тез болсо да, изи узундугу жетиштүү болсо да, ал дагы эле сигнал берүүнү таасир этет. Мисалы, 1 ГГц сигналы үчүн, мезгил 1 нс, ал эми көтөрүлүп же түшүү убактысы мезгилдин ондон бир бөлүгүн түзөт, анда ал 100 сек. Биздин изи узундугу 1 дюйм (болжол менен 2.54 см) ашса, анда берүү кечигүү бир өсүп четине караганда көбүрөөк болот. Эгерде из 8 дюймдан (болжол менен 20 см) ашса, анда кечигүү толук цикл болот!

Көрсө, ПХБ ушунчалык чоң таасирге ээ экен, биздин такталарыбызда 1 дюймдан ашык издер көп кездешет. Кечигип калуу башкарманын нормалдуу иштешине таасирин тийгизеби? Чыныгы системаны карасак, бул жөн гана сигнал болсо жана башка сигналдарды өчүргүңүз келбесе, анда кечигүү эч кандай таасир этпейт окшойт. Бирок, жогорку ылдамдыктагы системада бул кечигүү чындыгында күчүнө кирет. Мисалы, биздин жалпы эс бөлүкчөлөрүбүз маалымат линиялары, дарек сызыктары, сааттар жана башкаруу линиялары менен автобус түрүндө туташтырылган. Биздин видео интерфейсибизди карап көрүңүз. Канча канал HDMI же DVI болбосун, ал маалымат каналдарын жана саат каналдарын камтыйт. Же кээ бир автобус протоколдору, алардын бардыгы маалыматтарды жана саатты синхрондуу берүү. Андан кийин, чыныгы жогорку ылдамдыктагы системада, бул саат сигналдары жана маалымат сигналдары синхрондуу түрдө негизги чиптен жөнөтүлөт. Биздин PCB изи дизайны начар болсо, саат сигналынын узундугу жана маалымат сигналы абдан айырмаланат. Маалыматтарды туура эмес тандап алуу оңой, андан кийин бүт система нормалдуу иштебейт.

Бул көйгөйдү чечүү үчүн эмне кылышыбыз керек? Табигый, биз ойлойбуз, эгерде кыска узундуктагы издер бир топтун изи узундуктары бирдей болуп узартылса, анда кечигүү бирдей болот? Зымдарды кантип узартса болот? Айланайын! Бинго! Акыры темага кайтуу оңой эмес. Бул жогорку ылдамдыктагы системадагы серпентин линиясынын негизги милдети. Ороо, бирдей узундук. Бул жөнөкөй. Серпентин линиясы бирдей узундуктагы шамал үчүн колдонулат. Серпентин сызыгын тартуу менен, биз сигналдардын бирдей тобун бирдей узундукка ээ кыла алабыз, ошондуктан кабыл алуучу чип сигналды кабыл алгандан кийин, маалыматтар PCB изи боюнча ар кандай кечигүүлөрдүн натыйжасында пайда болбойт. Туура эмес тандоо. Серпентин сызыгы башка ПХБ такталарындагы издер менен бирдей.

Алар сигналдарды туташтыруу үчүн колдонулат, бирок алар узунураак жана ал жок. Ошентип, серпентин линиясы терең эмес жана өтө татаал эмес. Бул башка зымдар менен бирдей болгондуктан, кээ бир кеңири колдонулган зымдарды өткөрүү эрежелери серпентин линияларына да тиешелүү. Ошол эле учурда, жылан линияларынын өзгөчө түзүлүшүнө байланыштуу, зымдарды тартууда ага көңүл буруу керек. Мисалы, бири-бирине параллелдүү жылан сызыктарын алысыраак кармоого аракет кылыңыз. Кыскараак, башкача айтканда, чоң бүктөлгөн жерден айланып өт, кичинекей жерде өтө жыш жана өтө кичине жүрбө.

Мунун баары сигналдын кийлигишүүсүн азайтууга жардам берет. Серпентин линиясы линиянын узундугун жасалма түрдө көбөйтүүдөн улам сигналга жаман таасирин тийгизет, андыктан ал системадагы убакыттын талаптарына жооп бере турган болсо, аны колдонбоңуз. Кээ бир инженерлер бүт топтун узундугун бирдей кылуу үчүн DDR же жогорку ылдамдыктагы сигналдарды колдонушат. Жыландай сызыктар тактайдын бардык жеринде учуп жүрөт. Бул жакшыраак зымдар окшойт. Чынында бул жалкоолук жана жоопкерчиликсиздик. Жаралануунун кереги жок көптөгөн жерлер жараланган, бул тактайдын аянтын ысырап кылат, ошондой эле сигналдын сапатын төмөндөтөт. Башкарманын зымдарынын эрежелерин аныктоо үчүн, биз иш жүзүндөгү сигнал ылдамдыгы талаптарына ылайык кечигүү ашыкча эсептөө керек.

Тең узундуктагы функциядан тышкары, серпентин сызыгынын бир нече башка функциялары Интернеттеги макалаларда көп айтылат, ошондуктан мен бул жерде кыскача айтып берем.

1. Мен көп көргөн сөздөрдүн бири – импеданстын дал келүүсүнүн ролу. Бул билдирүү абдан кызык. ПХБ изинин импедансы сызыктын туурасына, диэлектрдик туруктуулукка жана эталондук тегиздиктин алыстыгына байланыштуу. Качан ал серпентин линиясы менен байланышкан? Издин формасы импеданска качан таасир этет? Бул сөздүн булагы кайдан келгенин билбейм.

2. чыпкалоо ролу экени да айтылат. Бул функция жок деп айтууга болбойт, бирок санариптик схемаларда чыпкалоо функциясы болбошу керек же бул функцияны санариптик схемаларда колдонуунун кереги жок. Радио жыштык схемасында серпентин изи LC схемасын түзө алат. Эгерде ал белгилүү бир жыштык сигналына чыпкалоочу таасирге ээ болсо, анда ал дагы эле өткөн.

3. Кабыл алуучу антенна. Бул болушу мүмкүн. Бул эффектти кээ бир уюлдук телефондордон же радиолордон көрө алабыз. Кээ бир антенналар PCB изи менен жасалган.

4. Индуктивдүүлүк. Бул болушу мүмкүн. ПХБдагы бардык издер башында паразиттик индуктивдүүлүккө ээ. Кээ бир PCB индукторлорун жасоого болот.

5. Сактагыч. Бул таасир мени таң калтырат. Кыска жана кууш зым кантип сактагыч катары иштейт? Ток күчөгөндө күйүп кетесизби? Тактайын сыныктары жок, бул сактагычтын баасы өтө жогору, ал кандай тиркемеде колдонулаарын билбейм.

Жогорудагы кириш сөз аркылуу биз аналогдук же радиожыштык схемаларда серпентиндик линиялар микротилкелүү линиялардын мүнөздөмөлөрү менен аныкталуучу кээ бир өзгөчө функцияларга ээ экендигин тактай алабыз. Санариптик схеманын дизайнында жылан сызыгы убакыттын дал келишине жетишүү үчүн бирдей узундукта колдонулат. Мындан тышкары, серпентиндик линия сигналдын сапатына таасирин тийгизет, ошондуктан системанын талаптары системада такталышы керек, системанын ашыкчасы иш жүзүндөгү талаптарга ылайык эсептелиши керек жана серпентин линиясы этияттык менен колдонулушу керек.