Fir d’Serpentinlinn ze verstoen, schwätze mer iwwer PCB routing éischt. Dëst Konzept schéngt net agefouert ze ginn. Mécht den Hardwareingenieur net all Dag Kabelaarbechten? All Spuer op der PCB gëtt een nom aneren vum Hardwareingenieur erausgezunn. Wat kann gesot ginn? Tatsächlech enthält dës einfache Routing och vill Wëssenspunkten déi mir normalerweis ignoréieren. Zum Beispill, d’Konzept vun microstrip Linn an stripline. Einfach gesot, d’Microstrip Linn ass d’Spuer déi op der Uewerfläch vum PCB Board leeft, an d’Stripline ass d’Spuer déi op der banneschter Schicht vum PCB leeft. Wat ass den Ënnerscheed tëscht dësen zwou Linnen?

D’Referenzfläch vun der Mikrostriplinn ass de Buedemplang vun der banneschter Schicht vum PCB, an déi aner Säit vun der Spuer ass an d’Loft ausgesat, wat d’Dielektresch Konstante ronderëm d’Spuer onkonsequent mécht. Zum Beispill ass d’Dielektresch Konstant vun eisem allgemeng benotzte FR4-Substrat ongeféier 4.2, d’Dielektresch Konstant vun der Loft ass 1. an d’Dielektresch Konstant ronderëm d’Spuer ass d’selwecht. Dëst verursaacht och datt d’TEM Welle op der Sträiflinn iwwerdroe gëtt, während d’quasi-TEM Welle op der Mikrostriplinn iwwerdroe gëtt. Firwat ass et eng quasi-TEM Welle? Dat ass wéinst der Phase Mëssverständnis op der Interface tëscht der Loft an der PCB Substrat. Wat ass TEM Wave? Wann Dir méi déif iwwer dëst Thema gräift, kënnt Dir et net an zéng an en hallwe Méint fäerdeg maachen.

Fir eng laang Geschicht kuerz ze maachen, egal ob et eng Mikrostriplinn oder eng Stripline ass, ass hir Roll näischt anescht wéi Signaler ze droen, egal ob digital Signaler oder Analog Signaler. Dës Signaler ginn a Form vun elektromagnetesche Wellen vun engem Enn op deen aneren an der Spuer iwwerdroen. Well et eng Welle ass, muss et Geschwindegkeet sinn. Wat ass d’Geschwindegkeet vum Signal op der PCB Spur? Geméiss dem Ënnerscheed an der dielektrescher Konstant ass d’Geschwindegkeet och anescht. D’Verbreedungsgeschwindegkeet vun elektromagnetesche Wellen an der Loft ass déi bekannte Liichtgeschwindegkeet. D’Verbreedungsgeschwindegkeet an anere Medien muss mat der folgender Formel berechent ginn:

V=C/Er0.5

Ënner hinnen ass V d’Verbreedungsgeschwindegkeet am Medium, C ass d’Liichtgeschwindegkeet, an Er ass d’Dielektresch Konstant vum Medium. Duerch dës Formel kënne mir d’Transmissiounsgeschwindegkeet vum Signal op der PCB Spuer einfach berechnen. Zum Beispill hu mir einfach d’Dielektresch Konstant vum FR4 Basismaterial an d’Formel fir et ze berechnen, dat heescht, d’Transmissiounsgeschwindegkeet vum Signal am FR4 Basismaterial ass d’Halschent vun der Liichtgeschwindegkeet. Wéi och ëmmer, well d’Halschent vun der Mikrostriplinn, déi op der Uewerfläch verfollegt ass, an der Loft an d’Halschent am Substrat ass, gëtt d’Dielektresch Konstant liicht reduzéiert, sou datt d’Transmissiounsgeschwindegkeet liicht méi séier ass wéi déi vun der Sträiflinn. Déi allgemeng benotzt empiresch Donnéeën sinn datt d’Spuerverzögerung vun der Mikrostriplinn ongeféier 140ps / Zoll ass, an d’Spureverzögerung vun der Stripline ass ongeféier 166ps / Zoll.

Wéi ech virdru gesot hunn, gëtt et nëmmen een Zweck, dat ass, d’Signaliwwerdroung op der PCB ass verspéit! Dat heescht, d’Signal gëtt net an den anere Pin duerch d’Verdrahtung an engem Moment no engem Pin geschéckt. Och wann d’Signaliwwerdroungsgeschwindegkeet ganz séier ass, soulaang d’Spuerlängt laang genuch ass, wäert et nach ëmmer d’Signaliwwerdroung beaflossen. Zum Beispill, fir en 1GHz Signal, ass d’Period 1ns, an d’Zäit vun der eropgaang oder falen Rand ass ongeféier en Zéngtel vun der Period, dann ass et 100ps. Wann d’Längt vun eiser Spuer méi wéi 1 Zoll (ongeféier 2.54 cm) iwwerschreift, da wäert d’Transmissiounsverzögerung méi wéi e Steigende Rand sinn. Wann d’Spuer méi wéi 8 Zoll (ongeféier 20 cm) ass, da wäert d’Verzögerung e ganzen Zyklus sinn!

Et stellt sech eraus datt PCB sou e groussen Impakt huet, et ass ganz heefeg datt eis Boards méi wéi 1 Zoll Spuren hunn. Wäert d’Verspéidung den normalen Operatioun vum Bord beaflossen? Wann Dir den aktuellen System kuckt, wann et just e Signal ass an Dir wëllt aner Signaler net ausschalten, da schéngt d’Verzögerung keen Effekt ze hunn. Wéi och ëmmer, an engem High-Speed-System wäert dës Verzögerung tatsächlech a Kraaft trieden. Zum Beispill sinn eis gemeinsam Erënnerungspartikelen a Form vun engem Bus verbonne mat Datenlinnen, Adresslinnen, Aueren a Kontrolllinnen. Huelt e Bléck op eis Video Interface. Egal wéi vill Channels HDMI oder DVI sinn, et enthält Datenkanäl a Auerkanäl. Oder e puer Busprotokoller, all déi synchron Iwwerdroung vun Daten a Auer sinn. Dann, an engem aktuellen Héich-Vitesse System, ginn dës Auersignaler an Datesignaler synchron aus dem Haaptchip geschéckt. Wann eise PCB Trace Design schlecht ass, ass d’Längt vum Auersignal an d’Datesignal ganz anescht. Et ass einfach falsch Probe vun Daten ze verursaachen, an da funktionnéiert de ganze System net normal.

Wat solle mir maachen fir dëse Problem ze léisen? Natierlech géife mir mengen datt wann d’Kuerzlängt Spure verlängert ginn sou datt d’Spurelängen vun der selwechter Grupp d’selwecht sinn, da wäert d’Verzögerung d’selwecht sinn? Wéi de wiring ze verlängeren? Ronderem goen! Bingo! Et ass net einfach endlech op d’Thema zréckzekommen. Dëst ass d’Haaptfunktioun vun der Serpentinlinn am High-Speed-System. Wicklung, gläich Längt. Et ass sou einfach. D’Schlaanglinn gëtt benotzt fir déi gläich Längt ze winden. Duerch d’Zeechnung vun der Serpentinlinn kënne mir déiselwecht Grupp vu Signaler déi selwecht Längt maachen, sou datt nodeems de Empfangschip d’Signal kritt, d’Donnéeën net duerch déi verschidde Verzögerungen op der PCB-Spuer verursaacht ginn. Falsche Wiel. D’Serpentinlinn ass d’selwecht wéi d’Spuren op anere PCB Boards.

Si gi benotzt fir d’Signaler ze verbannen, awer si si méi laang an hunn et net. Also ass d’Schlaanglinn net déif an net ze komplizéiert. Well et d’selwecht ass wéi aner Verdrahtung, sinn e puer allgemeng benotzt Verdrahtungsregelen och fir Serpentinelinnen uwendbar. Zur selwechter Zäit, wéinst der spezieller Struktur vu Serpentinlinnen, sollt Dir op et oppassen wann Dir d’Verdrahtung. Zum Beispill, probéiert d’Schlaanglinnen parallel zuenee méi wäit ze halen. Kuerz, dat heescht, gitt ëm eng grouss Béi wéi de Spréchwuert seet, gitt net ze dicht an ze kleng an engem klenge Gebitt.

All dëst hëlleft d’Signalinterferenz ze reduzéieren. D’Serpentinlinn wäert e schlechten Afloss op d’Signal hunn wéinst der kënschtlecher Erhéijung vun der Linnlängt, soulaang et den Timing Ufuerderunge am System entsprécht, benotzt se net. E puer Ingenieuren benotzen DDR oder High-Speed-Signaler fir de ganze Grupp gläich Längt ze maachen. D’Schlanglinnen fléien iwwer d’Brett. Et schéngt, datt dëst besser wiring ass. Tatsächlech ass dëst faul an onverantwortlech. Vill Plazen, déi net gewéckelt musse ginn, gi gewéckelt, wat d’Gebitt vum Board verschwenden, an och d’Signalqualitéit reduzéiert. Mir sollten d’Verzögerungsredundanz no den aktuellen Signalgeschwindegkeetsufuerderunge berechnen, fir d’Verdrahtungsregele vum Board ze bestëmmen.

Zousätzlech zu der gläicher Längt Funktioun, sinn e puer aner Funktiounen vun der Serpentinelinn oft an Artikelen um Internet ernimmt, also wäert ech och kuerz doriwwer schwätzen.

1. Ee vun de Wierder déi ech dacks gesinn ass d’Roll vun der Impedanzmatching. Dës Ausso ass ganz komesch. D’Impedanz vun der PCB Spur ass mat der Linn Breet, der dielektresch Konstant, an der Distanz vun der Referenz Fliger Zesummenhang. Wéini ass et mat der Serpentinlinn verbonnen? Wéini beaflosst d’Form vun der Spuer d’Impedanz? Ech weess net wou d’Quell vun dëser Ausso hierkënnt.

2. Et gëtt och gesot datt et d’Roll vum Filter ass. Dës Funktioun kann net gesot ginn, datt et fehlt, awer et soll keng Filterfunktioun an digitale Circuiten sinn oder mir brauchen dës Funktioun net an digitale Circuiten ze benotzen. Am Radiofrequenzkreeslaf kann d’Schlangspur en LC-Schaltung bilden. Wann et e Filtereffekt op e bestëmmte Frequenzsignal huet, ass et nach ëmmer d’Vergaangenheet.

3. Empfangsantenne. Dëst kann sinn. Mir kënnen dësen Effekt op e puer Handyen oder Radioen gesinn. Puer Antennen sinn mat PCB Spure gemaach.

4. Induktioun. Dëst kann sinn. All Spuren op der PCB hunn ursprénglech parasitesch Induktioun. Et ass erreechbar e puer PCB Induktoren ze maachen.

5. Sicherung. Dësen Effekt mécht mech iwwerrascht. Wéi funktionéiert de kuerzen a schmuele Schlangdrot als Sicherung? Ausbrennen wann de Stroum héich ass? De Board ass net ofgerappt, de Präis vun dëser Sicherung ass ze héich, ech weess wierklech net wéi eng Applikatioun et benotzt gëtt.

Duerch déi uewe genannte Aféierung kënne mir klären datt an Analog- oder Radiofrequenzkreesser Serpentinlinnen e puer speziell Funktiounen hunn, déi duerch d’Charakteristike vu Mikrostriplinnen bestëmmt ginn. Am digitale Circuit Design gëtt d’Serpentinlinn fir d’selwecht Längt benotzt fir Timing Matching z’erreechen. Zousätzlech wäert d’Serpentinlinn d’Signalqualitéit beaflossen, sou datt d’Systemfuerderunge sollen am System gekläert ginn, d’Systemredundanz soll no den aktuellen Ufuerderunge berechent ginn, an d’Serpentinlinn soll mat Vorsicht benotzt ginn.