Om de serpentinelijn te begrijpen, laten we het hebben over: PCB eerst routeren. Dit concept lijkt niet geïntroduceerd te hoeven worden. Is de hardware engineer niet elke dag bezig met bedrading? Elk spoor op de print wordt één voor één uitgetekend door de hardware engineer. Wat kan er gezegd worden? In feite bevat deze eenvoudige routering ook veel kennispunten die we meestal negeren. Bijvoorbeeld het concept van microstriplijn en striplijn. Simpel gezegd, de microstriplijn is het spoor dat op het oppervlak van de printplaat loopt, en de striplijn is het spoor dat op de binnenste laag van de printplaat loopt. Wat is het verschil tussen deze twee lijnen?

Het referentievlak van de microstriplijn is het grondvlak van de binnenste laag van de PCB en de andere kant van het spoor wordt blootgesteld aan de lucht, waardoor de diëlektrische constante rond het spoor inconsistent is. De diëlektrische constante van ons veelgebruikte FR4-substraat is bijvoorbeeld ongeveer 4.2, de diëlektrische constante van lucht is 1. Er zijn referentievlakken aan zowel de boven- als onderkant van de striplijn, het hele spoor is ingebed in het PCB-substraat, en de diëlektrische constante rond het spoor is hetzelfde. Dit zorgt er ook voor dat de TEM-golf wordt uitgezonden op de striplijn, terwijl de quasi-TEM-golf wordt uitgezonden op de microstriplijn. Waarom is het een quasi-TEM-golf? Dat komt door de fase-mismatch op het grensvlak tussen de lucht en het PCB-substraat. Wat is een TEM-golf? Als je dieper op dit onderwerp graaft, zul je het niet in tien en een halve maand kunnen afronden.

Om een ​​lang verhaal kort te maken, of het nu een microstriplijn of een striplijn is, hun rol is niets meer dan het dragen van signalen, of het nu digitale signalen of analoge signalen zijn. Deze signalen worden in de vorm van elektromagnetische golven van het ene uiteinde naar het andere in het spoor verzonden. Omdat het een golf is, moet er snelheid zijn. Wat is de snelheid van het signaal op het PCB-spoor? Volgens het verschil in diëlektrische constante is de snelheid ook anders. De voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in de lucht is de bekende lichtsnelheid. De voortplantingssnelheid in andere media moet worden berekend met de volgende formule:

V=C/Er0.5

Onder hen is V de voortplantingssnelheid in het medium, C is de lichtsnelheid en Er is de diëlektrische constante van het medium. Via deze formule kunnen we eenvoudig de transmissiesnelheid van het signaal op de PCB-trace berekenen. We nemen bijvoorbeeld gewoon de diëlektrische constante van het FR4-basismateriaal in de formule om het te berekenen, dat wil zeggen, de transmissiesnelheid van het signaal in het FR4-basismateriaal is de helft van de lichtsnelheid. Omdat de helft van de op het oppervlak getraceerde microstriplijn zich in de lucht bevindt en de andere helft in het substraat, zal de diëlektrische constante enigszins worden verlaagd, zodat de transmissiesnelheid iets sneller zal zijn dan die van de striplijn. De algemeen gebruikte empirische gegevens zijn dat de spoorvertraging van de microstriplijn ongeveer 140 ps/inch is, en de spoorvertraging van de striplijn ongeveer 166 ps/inch.

Zoals ik al eerder zei, is er maar één doel, namelijk de signaaloverdracht op de print is vertraagd! Dat wil zeggen, het signaal wordt niet in een oogwenk via de bedrading naar de andere pin verzonden nadat één pin is verzonden. Hoewel de signaaloverdrachtssnelheid erg snel is, heeft dit nog steeds invloed op de signaaloverdracht, zolang de spoorlengte lang genoeg is. Voor een 1GHz-signaal is de periode bijvoorbeeld 1ns en is de tijd van de stijgende of dalende flank ongeveer een tiende van de periode, dan is het 100ps. Als de lengte van ons spoor 1 inch (ongeveer 2.54 cm) overschrijdt, is de transmissievertraging meer dan een stijgende flank. Als het spoor 8 inch (ongeveer 20 cm) overschrijdt, is de vertraging een volledige cyclus!

Het blijkt dat PCB zo’n grote impact heeft, het is heel gebruikelijk dat onze boards meer dan 1 inch sporen hebben. Heeft de vertraging invloed op de normale werking van het bord? Kijkend naar het eigenlijke systeem, als het slechts een signaal is en je wilt geen andere signalen uitschakelen, dan lijkt de vertraging geen effect te hebben. In een hogesnelheidssysteem zal deze vertraging echter daadwerkelijk van kracht worden. Onze gewone geheugendeeltjes zijn bijvoorbeeld verbonden in de vorm van een bus, met datalijnen, adreslijnen, klokken en stuurlijnen. Bekijk onze video-interface. Het maakt niet uit hoeveel kanalen HDMI of DVI zijn, het zal datakanalen en klokkanalen bevatten. Of sommige busprotocollen, die allemaal synchrone overdracht van gegevens en klok zijn. Vervolgens worden in een echt hogesnelheidssysteem deze kloksignalen en datasignalen synchroon verzonden vanaf de hoofdchip. Als ons PCB-traceringsontwerp slecht is, is de lengte van het kloksignaal en het datasignaal heel anders. Het is gemakkelijk om verkeerde bemonstering van gegevens te veroorzaken, en dan zal het hele systeem niet normaal werken.

Wat moeten we doen om dit probleem op te lossen? Natuurlijk zouden we denken dat als de korte sporen worden verlengd zodat de spoorlengtes van dezelfde groep hetzelfde zijn, de vertraging dan hetzelfde zal zijn? Hoe de bedrading verlengen? Ga eromheen! Bingo! Het is niet gemakkelijk om eindelijk op het onderwerp terug te komen. Dit is de belangrijkste functie van de kronkelige lijn in het hogesnelheidssysteem. Opwinden, gelijke lengte. Het is zo simpel. De serpentinelijn wordt gebruikt om de gelijke lengte op te winden. Door de serpentinelijn te tekenen, kunnen we dezelfde groep signalen dezelfde lengte geven, zodat nadat de ontvangende chip het signaal heeft ontvangen, de gegevens niet worden veroorzaakt door de verschillende vertragingen op het PCB-spoor. Verkeerde keuze. De serpentinelijn is hetzelfde als de sporen op andere printplaten.

Ze worden gebruikt om de signalen aan te sluiten, maar ze zijn langer en hebben het niet. De serpentinelijn is dus niet diep en niet te ingewikkeld. Omdat het hetzelfde is als andere bedrading, zijn sommige veelgebruikte bedradingsregels ook van toepassing op serpentinelijnen. Tegelijkertijd moet u er vanwege de speciale structuur van kronkelige lijnen op letten bij het bedraden. Probeer bijvoorbeeld de kronkelige lijnen verder parallel aan elkaar te houden. Korter, dat wil zeggen, ga door een grote bocht zoals het spreekwoord zegt, ga niet te dicht en te klein in een klein gebied.

Dit alles helpt om signaalinterferentie te verminderen. De kronkelige lijn zal een slechte invloed hebben op het signaal vanwege de kunstmatige toename van de lijnlengte, dus zolang het kan voldoen aan de timingvereisten in het systeem, gebruik het dan niet. Sommige ingenieurs gebruiken DDR of hogesnelheidssignalen om de hele groep even lang te maken. De kronkelige lijnen vliegen over het hele bord. Het lijkt erop dat dit een betere bedrading is. In feite is dit lui en onverantwoordelijk. Veel plaatsen die niet hoeven te worden opgewonden, zijn gewikkeld, wat het gebied van het bord verspilt en ook de signaalkwaliteit vermindert. We moeten de vertragingsredundantie berekenen volgens de werkelijke signaalsnelheidsvereisten, om de bedradingsregels van het bord te bepalen.

Naast de functie van gelijke lengte worden verschillende andere functies van de serpentinelijn vaak genoemd in artikelen op internet, dus ik zal er hier ook kort over praten.

1. Een van de woorden die ik vaak zie, is de rol van impedantie-aanpassing. Deze verklaring is zeer vreemd. De impedantie van het PCB-spoor is gerelateerd aan de lijnbreedte, de diëlektrische constante en de afstand van het referentievlak. Wanneer is het gerelateerd aan de serpentinelijn? Wanneer beïnvloedt de vorm van het spoor de impedantie? Ik weet niet waar de bron van deze verklaring vandaan komt.

2. er wordt ook gezegd dat het de rol van filteren is. Deze functie kan niet ontbreken, maar er mag geen filterfunctie zijn in digitale circuits of we hoeven deze functie niet te gebruiken in digitale circuits. In het radiofrequentiecircuit kan het serpentinespoor een LC-circuit vormen. Als het een filterend effect heeft op een bepaald frequentiesignaal, is het nog steeds verleden tijd.

3. Ontvangstantenne. Dit kan zijn. We kunnen dit effect zien op sommige mobiele telefoons of radio’s. Sommige antennes zijn gemaakt met PCB-sporen.

4. Inductie. Dit kan zijn. Alle sporen op de print hebben oorspronkelijk parasitaire inductie. Het is haalbaar om enkele PCB-inductoren te maken.

5. Zekering. Dit effect maakt me verbaasd. Hoe werkt de korte en smalle kronkelige draad als een zekering? Burn-out als de stroom hoog is? Het bord is niet gesloopt, de prijs van deze zekering is te hoog, ik weet echt niet voor wat voor soort toepassing het zal worden gebruikt.

Door de bovenstaande inleiding kunnen we verduidelijken dat serpentinelijnen in analoge of radiofrequentiecircuits enkele speciale functies hebben, die worden bepaald door de kenmerken van microstriplijnen. Bij het ontwerp van digitale schakelingen wordt de kronkelige lijn gebruikt voor gelijke lengte om timing-matching te bereiken. Bovendien zal de kronkelige lijn de signaalkwaliteit beïnvloeden, dus de systeemvereisten moeten in het systeem worden verduidelijkt, de systeemredundantie moet worden berekend volgens de werkelijke vereisten en de kronkelige lijn moet met de nodige voorzichtigheid worden gebruikt.