Lai saprastu serpentīna līniju, parunāsim par PCB maršrutēšana vispirms. Šķiet, ka šis jēdziens nav jāievieš. Vai aparatūras inženieris katru dienu neveic elektroinstalācijas darbus? Katru PCB pēdu pa vienam izvelk aparatūras inženieris. Ko var teikt? Patiesībā šajā vienkāršajā maršrutēšanā ir arī daudz zināšanu punktu, kurus mēs parasti ignorējam. Piemēram, mikrosloksnes līnijas un sloksnes līnijas jēdziens. Vienkārši sakot, mikrosloksnes līnija ir pēda, kas iet uz PCB plates virsmas, un sloksnes līnija ir pēda, kas iet uz PCB iekšējā slāņa. Kāda ir atšķirība starp šīm divām līnijām?

Mikrosloksnes līnijas atskaites plakne ir PCB iekšējā slāņa zemes plakne, un pēdas otra puse ir pakļauta gaisam, kas izraisa dielektriskās konstantes ap trases nekonsekvenci. Piemēram, mūsu parasti izmantotā FR4 substrāta dielektriskā konstante ir aptuveni 4.2, gaisa dielektriskā konstante ir 1. Sloksnes līnijas augšējā un apakšējā pusē ir atskaites plaknes, visa pēda ir iestrādāta PCB substrātā, un dielektriskā konstante ap trasi ir vienāda. Tas arī izraisa TEM viļņa pārraidi pa sloksnes līniju, savukārt kvazi-TEM vilnis tiek pārraidīts pa mikrosloksnes līniju. Kāpēc tas ir kvazi-TEM vilnis? Tas ir saistīts ar fāzes neatbilstību saskarnē starp gaisu un PCB substrātu. Kas ir TEM vilnis? Ja šajā jautājumā iedziļināsities, jūs to nevarēsit pabeigt desmit ar pusi mēnešu laikā.

Īsumā, neatkarīgi no tā, vai tā ir mikrosloksnes līnija vai sloksnes līnija, to uzdevums nav nekas cits kā signālu pārnešana neatkarīgi no tā, vai tie ir digitālie vai analogie signāli. Šie signāli tiek pārraidīti elektromagnētisko viļņu veidā no viena gala uz otru. Tā kā tas ir vilnis, tad ātrumam jābūt. Kāds ir signāla ātrums PCB trasē? Atkarībā no dielektriskās konstantes atšķirības atšķiras arī ātrums. Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums gaisā ir labi zināmais gaismas ātrums. Izplatīšanās ātrums citās vidēs jāaprēķina pēc šādas formulas:

V=C/Er0.5

Tostarp V ir izplatīšanās ātrums vidē, C ir gaismas ātrums un Er ir vides dielektriskā konstante. Izmantojot šo formulu, mēs varam viegli aprēķināt signāla pārraides ātrumu PCB trasē. Piemēram, mēs vienkārši ņemam formulā FR4 pamatmateriāla dielektrisko konstanti, lai to aprēķinātu, tas ir, signāla pārraides ātrums FR4 pamatmateriālā ir uz pusi mazāks par gaismas ātrumu. Tomēr, tā kā puse no mikrosloksnes līnijas, kas izsekota uz virsmas, atrodas gaisā un puse substrātā, dielektriskā konstante tiks nedaudz samazināta, tāpēc pārraides ātrums būs nedaudz lielāks nekā sloksnes līnijai. Parasti izmantotie empīriskie dati ir tādi, ka mikrosloksnes līnijas izsekošanas aizkave ir aptuveni 140 ps/collā, bet sloksnes līnijas izsekošanas aizkave ir aptuveni 166 ps/collā.

Kā jau teicu iepriekš, ir tikai viens mērķis, tas ir, signāla pārraide uz PCB tiek aizkavēta! Tas nozīmē, ka signāls netiek pārraidīts uz otru kontaktu caur vadu uzreiz pēc vienas tapas nosūtīšanas. Lai gan signāla pārraides ātrums ir ļoti ātrs, kamēr izsekošanas garums ir pietiekami garš, tas joprojām ietekmēs signāla pārraidi. Piemēram, 1GHz signālam periods ir 1ns, un pieaugošās vai krītošās malas laiks ir aptuveni viena desmitā daļa no perioda, tad tas ir 100ps. Ja mūsu pēdas garums pārsniedz 1 collu (apmēram 2.54 cm), pārraides aizkave būs lielāka nekā pieaugošā mala. Ja pēda pārsniedz 8 collas (apmēram 20 cm), tad aizkave būs pilns cikls!

Izrādās, ka PCB ir tik liela ietekme, ka mūsu dēļiem ļoti bieži ir vairāk nekā 1 collas pēdas. Vai kavēšanās ietekmēs normālu dēļa darbību? Skatoties uz faktisko sistēmu, ja tas ir tikai signāls un jūs nevēlaties izslēgt citus signālus, tad šķiet, ka aizkavei nav nekādas ietekmes. Tomēr ātrgaitas sistēmā šī kavēšanās faktiski stāsies spēkā. Piemēram, mūsu kopējās atmiņas daļiņas ir savienotas kopnes veidā ar datu līnijām, adrešu līnijām, pulksteņiem un vadības līnijām. Apskatiet mūsu video saskarni. Neatkarīgi no tā, cik kanālu ir HDMI vai DVI, tajā būs datu kanāli un pulksteņa kanāli. Vai arī daži kopnes protokoli, kas visi ir datu un pulksteņa sinhrona pārraide. Pēc tam faktiskā ātrgaitas sistēmā šie pulksteņa signāli un datu signāli tiek sinhroni nosūtīti no galvenās mikroshēmas. Ja mūsu PCB izsekošanas dizains ir slikts, pulksteņa signāla un datu signāla garums ir ļoti atšķirīgs. Ir viegli izraisīt nepareizu datu iztveršanu, un tad visa sistēma nedarbosies normāli.

Kas mums jādara, lai atrisinātu šo problēmu? Protams, mēs domājam, ka, ja īsa garuma pēdas tiek pagarinātas tā, lai vienas un tās pašas grupas pēdas garums būtu vienāds, tad aizkave būs tāda pati? Kā pagarināt vadu? Iet apkārt! Bingo! Beidzot atgriezties pie tēmas nav viegli. Šī ir serpentīna līnijas galvenā funkcija ātrgaitas sistēmā. Tinums, vienāds garums. Tas ir tik vienkārši. Serpentīna līniju izmanto, lai uztītu vienādu garumu. Novelkot serpentīna līniju, mēs varam panākt, lai viena un tā pati signālu grupa būtu vienāda garuma, lai pēc tam, kad uztverošā mikroshēma saņem signālu, datus neradītu dažādie PCB izsekošanas aizkave. Nepareiza izvēle. Serpentīna līnija ir tāda pati kā pēdas uz citām PCB plāksnēm.

Tos izmanto signālu savienošanai, taču tie ir garāki un tiem nav. Tātad serpentīna līnija nav dziļa un nav pārāk sarežģīta. Tā kā tā ir tāda pati kā cita elektroinstalācija, daži parasti izmantotie elektroinstalācijas noteikumi ir piemērojami arī serpentīna līnijām. Tajā pašā laikā serpentīna līniju īpašās struktūras dēļ jums vajadzētu pievērst uzmanību tam, veicot elektroinstalāciju. Piemēram, mēģiniet turēt serpentīna līnijas paralēli viena otrai tālāk. Īsāk, tas ir, izejiet lielu līkumu, kā saka, neejiet pārāk blīvi un pārāk mazus nelielā laukumā.

Tas viss palīdz samazināt signāla traucējumus. Serpentīna līnija slikti ietekmēs signālu, jo mākslīgi tiek palielināts līnijas garums, tāpēc, kamēr tā var atbilst sistēmas laika prasībām, nelietojiet to. Daži inženieri izmanto DDR vai ātrgaitas signālus, lai visa grupa būtu vienāda garuma. Serpentīna līnijas lido pa visu dēli. Šķiet, ka šī ir labāka elektroinstalācija. Patiesībā tas ir slinki un bezatbildīgi. Daudzas vietas, kuras nav nepieciešams uztīt, ir uztītas, kas tērē dēļa laukumu, kā arī samazina signāla kvalitāti. Mums jāaprēķina aizkaves dublēšana atbilstoši faktiskajām signāla ātruma prasībām, lai noteiktu plates elektroinstalācijas noteikumus.

Papildus vienlīdzīga garuma funkcijai rakstos internetā nereti tiek minētas arī vairākas citas serpentīna līnijas funkcijas, tāpēc arī par to šeit īsumā pastāstīšu.

1. Viens no vārdiem, ko es bieži redzu, ir pretestības saskaņošanas loma. Šis apgalvojums ir ļoti dīvains. PCB trases pretestība ir saistīta ar līnijas platumu, dielektrisko konstanti un atskaites plaknes attālumu. Kad tas ir saistīts ar serpentīna līniju? Kad pēdas forma ietekmē pretestību? Es nezinu, no kurienes nāk šī paziņojuma avots.

2. tiek arī teikts, ka tā ir filtrēšanas loma. Nevar teikt, ka šīs funkcijas nav, taču digitālajās shēmās nevajadzētu būt filtrēšanas funkcijai, vai arī mums šī funkcija nav jāizmanto digitālajās shēmās. Radiofrekvences ķēdē serpentīna trase var veidot LC ķēdi. Ja tam ir filtrējoša ietekme uz noteiktu frekvences signālu, tā joprojām ir pagātne.

3. Uztvērēja antena. Tas var būt. Šo efektu var redzēt dažos mobilajos tālruņos vai radio. Dažas antenas ir izgatavotas ar PCB pēdām.

4. Induktivitāte. Tas var būt. Visām PCB pēdām sākotnēji ir parazitāra induktivitāte. Ir iespējams izgatavot dažus PCB induktorus.

5. Drošinātājs. Šis efekts mani mulsina. Kā īsais un šaurais serpentīna vads darbojas kā drošinātājs? Izdegt, kad strāva ir liela? Plāksne nav nodota metāllūžņos, šī drošinātāja cena ir pārāk augsta, es tiešām nezinu, kādā lietojumā tas tiks izmantots.

Izmantojot iepriekš minēto ievadu, mēs varam precizēt, ka analogajās vai radiofrekvenču shēmās serpentīna līnijām ir dažas īpašas funkcijas, kuras nosaka mikrosloksnes līniju īpašības. Digitālās shēmas projektēšanā serpentīna līnija tiek izmantota vienāda garumā, lai panāktu laika saskaņošanu. Turklāt serpentīna līnija ietekmēs signāla kvalitāti, tāpēc sistēmā ir jāprecizē sistēmas prasības, jāaprēķina sistēmas dublēšana atbilstoši faktiskajām prasībām, un serpentīna līnija jāizmanto piesardzīgi.