सर्प रेषा समजून घेण्यासाठी, त्याबद्दल बोलूया पीसीबी प्रथम राउटिंग. ही संकल्पना मांडण्याची गरज वाटत नाही. हार्डवेअर इंजिनिअर रोज वायरिंगचे काम करत नाही का? पीसीबीवरील प्रत्येक ट्रेस हार्डवेअर अभियंता एक एक करून काढतात. काय म्हणता येईल? खरं तर, या साध्या राउटिंगमध्ये बरेच ज्ञान बिंदू देखील असतात ज्याकडे आपण सहसा दुर्लक्ष करतो. उदाहरणार्थ, मायक्रोस्ट्रिप लाइन आणि स्ट्रिपलाइनची संकल्पना. सोप्या भाषेत सांगायचे तर मायक्रोस्ट्रिप लाइन ही PCB बोर्डच्या पृष्ठभागावर चालणारी ट्रेस आहे आणि स्ट्रिपलाइन ही PCB च्या आतील थरावर चालणारी ट्रेस आहे. या दोन ओळींमध्ये काय फरक आहे?

मायक्रोस्ट्रीप लाइनचा संदर्भ विमान पीसीबीच्या आतील लेयरचा ग्राउंड प्लेन आहे आणि ट्रेसची दुसरी बाजू हवेच्या संपर्कात आहे, ज्यामुळे ट्रेसभोवती डायलेक्ट्रिक स्थिरता विसंगत आहे. उदाहरणार्थ, आमच्या सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या FR4 सब्सट्रेटचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक सुमारे 4.2 आहे, हवेचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक 1 आहे. स्ट्रीप लाइनच्या वरच्या आणि खालच्या दोन्ही बाजूंना संदर्भ समतल आहेत, संपूर्ण ट्रेस PCB सब्सट्रेटमध्ये एम्बेड केलेला आहे, आणि ट्रेसभोवती डायलेक्ट्रिक स्थिरांक समान असतो. यामुळे स्ट्रिप लाईनवर TEM लाट देखील प्रसारित होते, तर अर्ध-TEM लहर मायक्रोस्ट्रिप लाईनवर प्रसारित होते. ती अर्ध-टीईएम लहर का आहे? ते हवा आणि पीसीबी सब्सट्रेटमधील इंटरफेसमध्ये फेज जुळत नसल्यामुळे आहे. TEM लहर म्हणजे काय? जर तुम्ही या मुद्द्यावर खोलवर विचार केला तर तुम्हाला ते साडे दहा महिन्यांत पूर्ण करता येणार नाही.

एक लांबलचक कथा लहान करायची, मग ती मायक्रोस्ट्रीप लाइन असो वा स्ट्रिपलाइन, त्यांची भूमिका सिग्नल्स वाहून नेण्यापेक्षा अधिक काही नसते, मग ते डिजिटल सिग्नल असो की अॅनालॉग सिग्नल. हे सिग्नल ट्रेसमध्ये एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या स्वरूपात प्रसारित केले जातात. ही लाट असल्याने वेग असला पाहिजे. पीसीबी ट्रेसवरील सिग्नलचा वेग किती आहे? डायलेक्ट्रिक स्थिरांकातील फरकानुसार, वेग देखील भिन्न आहे. हवेतील विद्युत चुंबकीय लहरींचा प्रसार वेग हा प्रकाशाचा सुप्रसिद्ध वेग आहे. इतर माध्यमांमधील प्रसार वेग खालील सूत्राद्वारे मोजला जाणे आवश्यक आहे:

V=C/Er0.5

त्यापैकी, V हा माध्यमातील प्रसाराचा वेग आहे, C हा प्रकाशाचा वेग आहे आणि Er हा माध्यमाचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आहे. या सूत्राद्वारे, आम्ही पीसीबी ट्रेसवरील सिग्नलच्या प्रसारण गतीची सहज गणना करू शकतो. उदाहरणार्थ, आम्ही FR4 बेस मटेरियलचा डायलेक्ट्रिक कॉन्स्टंट मोजण्यासाठी सूत्रामध्ये घेतो, म्हणजेच FR4 बेस मटेरियलमधील सिग्नलचा ट्रान्समिशन स्पीड प्रकाशाच्या वेगापेक्षा अर्धा असतो. तथापि, पृष्ठभागावर शोधलेल्या मायक्रोस्ट्रीप रेषेपैकी अर्धी रेषा हवेत आणि अर्धी सब्सट्रेटमध्ये असल्यामुळे, डायलेक्ट्रिक स्थिरांक किंचित कमी होईल, त्यामुळे प्रसारणाचा वेग स्ट्रिप लाइनच्या तुलनेत किंचित जास्त असेल. सामान्यतः वापरलेला अनुभवजन्य डेटा असा आहे की मायक्रोस्ट्रिप लाइनचा ट्रेस विलंब सुमारे 140ps/इंच आहे आणि स्ट्रिपलाइनचा ट्रेस विलंब सुमारे 166ps/इंच आहे.

मी आधी म्हटल्याप्रमाणे, एकच उद्देश आहे, तो म्हणजे पीसीबीवरील सिग्नल ट्रान्समिशनला विलंब! म्हणजेच एक पिन पाठवल्यानंतर क्षणार्धात वायरिंगद्वारे सिग्नल दुसऱ्या पिनवर प्रसारित होत नाही. जरी सिग्नल ट्रान्समिशनचा वेग खूप वेगवान असला तरी, ट्रेसची लांबी पुरेशी आहे, तरीही त्याचा सिग्नल ट्रान्समिशनवर परिणाम होईल. उदाहरणार्थ, 1GHz सिग्नलसाठी, कालावधी 1ns आहे आणि धार वाढण्याची किंवा पडण्याची वेळ कालावधीच्या सुमारे एक दशांश आहे, नंतर ती 100ps आहे. जर आमच्या ट्रेसची लांबी 1 इंच (अंदाजे 2.54 सेमी) पेक्षा जास्त असेल, तर ट्रान्समिशन विलंब वाढत्या काठापेक्षा जास्त असेल. जर ट्रेस 8 इंच (अंदाजे 20 सेमी) पेक्षा जास्त असेल, तर विलंब पूर्ण चक्र असेल!

असे दिसून आले की PCB चा इतका मोठा प्रभाव आहे, आमच्या बोर्डमध्ये 1 इंच पेक्षा जास्त ट्रेस असणे खूप सामान्य आहे. विलंबामुळे मंडळाच्या सामान्य कामकाजावर परिणाम होईल का? वास्तविक प्रणाली पाहता, जर ते फक्त एक सिग्नल असेल आणि तुम्हाला इतर सिग्नल बंद करायचे नसतील, तर विलंबाचा काही परिणाम होईल असे वाटत नाही. तथापि, हाय-स्पीड सिस्टममध्ये, हा विलंब प्रत्यक्षात प्रभावी होईल. उदाहरणार्थ, आमचे सामान्य मेमरी कण बसच्या स्वरूपात डेटा लाइन, अॅड्रेस लाइन, घड्याळे आणि कंट्रोल लाइनसह जोडलेले असतात. आमच्या व्हिडिओ इंटरफेसवर एक नजर टाका. HDMI किंवा DVI कितीही चॅनेल असले तरी त्यात डेटा चॅनेल आणि घड्याळ चॅनेल असतील. किंवा काही बस प्रोटोकॉल, जे सर्व डेटा आणि घड्याळाचे सिंक्रोनस ट्रान्समिशन आहेत. त्यानंतर, वास्तविक हाय-स्पीड सिस्टममध्ये, हे घड्याळ सिग्नल आणि डेटा सिग्नल मुख्य चिपमधून समकालिकपणे पाठवले जातात. आमच्या PCB ट्रेस डिझाइन खराब असल्यास, घड्याळ सिग्नल आणि डेटा सिग्नलची लांबी खूप भिन्न आहे. डेटाचे चुकीचे सॅम्पलिंग करणे सोपे आहे आणि नंतर संपूर्ण सिस्टम सामान्यपणे कार्य करणार नाही.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आपण काय केले पाहिजे? साहजिकच, आपण विचार करू की जर लहान-लांबीचे ट्रेस लांब केले तर त्याच गटाच्या ट्रेसची लांबी समान असेल, तर विलंब समान असेल? वायरिंग कसे लांबवायचे? भोवती जा! बिंगो! शेवटी विषयाकडे परत येणे सोपे नाही. हाय-स्पीड सिस्टीममध्ये सर्प रेषेचे हे मुख्य कार्य आहे. वळण, समान लांबी. हे इतके सोपे आहे. समान लांबीला वारा घालण्यासाठी सर्प रेषा वापरली जाते. साप रेषा काढून, आम्ही सिग्नलच्या समान गटाची लांबी समान बनवू शकतो, जेणेकरून प्राप्त करणार्‍या चिपला सिग्नल मिळाल्यानंतर, PCB ट्रेसवरील भिन्न विलंबांमुळे डेटा होणार नाही. चुकीची निवड. सापाची रेषा इतर PCB बोर्डांवरील ट्रेस सारखीच असते.

ते सिग्नल जोडण्यासाठी वापरले जातात, परंतु ते लांब आहेत आणि ते नाहीत. त्यामुळे सर्प रेषा खोल नाही आणि खूप गुंतागुंतीची नाही. हे इतर वायरिंगसारखेच असल्याने, काही सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या वायरिंगचे नियम सर्प रेषांना देखील लागू होतात. त्याच वेळी, सर्प रेषांच्या विशेष संरचनेमुळे, वायरिंग करताना आपण त्याकडे लक्ष दिले पाहिजे. उदाहरणार्थ, सर्प रेषा एकमेकांना समांतर ठेवण्याचा प्रयत्न करा. लहान, म्हणजे, या म्हणीप्रमाणे मोठ्या वळणाभोवती जा, लहान भागात जास्त दाट आणि खूप लहान जाऊ नका.

हे सर्व सिग्नल हस्तक्षेप कमी करण्यास मदत करते. रेषेच्या लांबीच्या कृत्रिम वाढीमुळे सिग्नलवर सर्पेन्टाइन रेषेचा वाईट प्रभाव पडेल, म्हणून जोपर्यंत ती सिस्टीममधील वेळेची आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही तोपर्यंत त्याचा वापर करू नका. संपूर्ण गटाची लांबी समान करण्यासाठी काही अभियंते DDR किंवा हाय-स्पीड सिग्नल वापरतात. सर्पाच्या रेषा सर्व बोर्डवर उडतात. असे दिसते की हे चांगले वायरिंग आहे. खरं तर, हे आळशी आणि बेजबाबदार आहे. जखमेची गरज नसलेल्या बर्‍याच ठिकाणी जखमा असतात, ज्यामुळे बोर्डचे क्षेत्र वाया जाते आणि सिग्नलची गुणवत्ता देखील कमी होते. आम्ही वास्तविक सिग्नल गती आवश्यकतांनुसार विलंब रिडंडंसीची गणना केली पाहिजे, जेणेकरून बोर्डच्या वायरिंगचे नियम निश्चित करता येतील.

समान लांबीच्या कार्याव्यतिरिक्त, सर्प रेषेच्या इतर अनेक फंक्शन्सचा उल्लेख इंटरनेटवरील लेखांमध्ये केला जातो, म्हणून मी येथे याबद्दल थोडक्यात बोलेन.

1. मी अनेकदा पाहतो की एक शब्द impedance जुळणी भूमिका आहे. हे विधान अतिशय विचित्र आहे. पीसीबी ट्रेसचा प्रतिबाधा रेषेची रुंदी, डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आणि संदर्भ विमानाच्या अंतराशी संबंधित आहे. ते सर्प रेषेशी कधी संबंधित आहे? ट्रेसचा आकार प्रतिबाधावर कधी परिणाम करतो? या विधानाचा स्रोत कोठून आला हे मला माहित नाही.

2. हे फिल्टरिंगची भूमिका आहे असेही म्हटले जाते. हे फंक्शन अनुपस्थित आहे असे म्हणता येणार नाही, परंतु डिजिटल सर्किट्समध्ये कोणतेही फिल्टरिंग फंक्शन नसावे किंवा आम्हाला हे फंक्शन डिजिटल सर्किट्समध्ये वापरण्याची आवश्यकता नाही. रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सर्किटमध्ये, सर्पिन ट्रेस एलसी सर्किट बनवू शकतो. विशिष्ट वारंवारता सिग्नलवर त्याचा फिल्टरिंग प्रभाव असल्यास, तो अद्याप भूतकाळ आहे.

3. ऍन्टीना प्राप्त करणे. हे असू शकते. हा प्रभाव आपण काही मोबाईल फोन किंवा रेडिओवर पाहू शकतो. काही अँटेना पीसीबी ट्रेससह बनवले जातात.

4. अधिष्ठाता. हे असू शकते. पीसीबीवरील सर्व ट्रेसमध्ये मूळतः परजीवी इंडक्टन्स असते. काही पीसीबी इंडक्टर बनवणे शक्य आहे.

5. फ्यूज. हा प्रभाव मला गोंधळात टाकतो. लहान आणि अरुंद नाग वायर फ्यूज म्हणून कसे कार्य करते? विद्युतप्रवाह जास्त असताना बर्न आउट? बोर्ड स्क्रॅप केलेला नाही, या फ्यूजची किंमत खूप जास्त आहे, मला खरोखर माहित नाही की ते कोणत्या प्रकारचे ऍप्लिकेशन वापरले जाईल.

वरील प्रस्तावनेद्वारे, आम्ही हे स्पष्ट करू शकतो की अॅनालॉग किंवा रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सर्किट्समध्ये, सर्पिन रेषांमध्ये काही विशेष कार्ये असतात, जी मायक्रोस्ट्रिप रेषांच्या वैशिष्ट्यांद्वारे निर्धारित केली जातात. डिजिटल सर्किट डिझाईनमध्ये, वेळेची जुळणी साधण्यासाठी समान लांबीसाठी सर्पेन्टाइन लाइन वापरली जाते. याव्यतिरिक्त, सर्प रेषा सिग्नलच्या गुणवत्तेवर परिणाम करेल, म्हणून सिस्टम आवश्यकता सिस्टममध्ये स्पष्ट केल्या पाहिजेत, वास्तविक आवश्यकतांनुसार सिस्टम रिडंडंसीची गणना केली जावी आणि सर्पेन्टाइन लाइन सावधगिरीने वापरली जावी.