Aby zrozumieć linię serpentyn, porozmawiajmy o PCB pierwszy routing. Wydaje się, że ta koncepcja nie musi być wprowadzana. Czy inżynier sprzętu nie wykonuje codziennie prac związanych z okablowaniem? Każdy ślad na płytce drukowanej jest rysowany jeden po drugim przez inżyniera sprzętu. Co można powiedzieć? W rzeczywistości ten prosty routing zawiera również wiele punktów wiedzy, które zwykle ignorujemy. Na przykład pojęcie linii mikropaskowej i linii paskowej. Mówiąc najprościej, linia mikropaskowa to ślad biegnący po powierzchni płytki PCB, a linia paskowa to ślad biegnący po wewnętrznej warstwie płytki drukowanej. Jaka jest różnica między tymi dwiema liniami?

Płaszczyzna odniesienia linii mikropaskowej jest płaszczyzną uziemienia wewnętrznej warstwy PCB, a druga strona ścieżki jest wystawiona na działanie powietrza, co powoduje niespójność stałej dielektrycznej wokół ścieżki. Na przykład, stała dielektryczna naszego powszechnie używanego podłoża FR4 wynosi około 4.2, stała dielektryczna powietrza wynosi 1. Na górnej i dolnej stronie linii taśmy znajdują się płaszczyzny odniesienia, cały ślad jest osadzony w podłożu PCB, a stała dielektryczna wokół śladu jest taka sama. Powoduje to również, że fala TEM jest transmitowana na linii paskowej, podczas gdy fala quasi-TEM jest transmitowana na linii mikropaskowej. Dlaczego jest to fala quasi-TEM? Wynika to z niedopasowania faz na granicy między powietrzem a podłożem PCB. Co to jest fala TEM? Jeśli zagłębisz się w tę kwestię, nie będziesz w stanie jej zakończyć w ciągu dziesięciu i pół miesiąca.

Krótko mówiąc, bez względu na to, czy jest to linia mikropaskowa, czy linia paskowa, ich rola jest niczym innym jak przenoszeniem sygnałów, zarówno sygnałów cyfrowych, jak i sygnałów analogowych. Sygnały te są przesyłane w postaci fal elektromagnetycznych z jednego końca na drugi w śladzie. Skoro to fala, musi być prędkość. Jaka jest prędkość sygnału na ścieżce PCB? W zależności od różnicy stałej dielektrycznej prędkość jest również inna. Szybkość propagacji fal elektromagnetycznych w powietrzu to dobrze znana prędkość światła. Prędkość propagacji w innych mediach należy obliczyć według następującego wzoru:

V=C/Er0.5

Wśród nich V jest prędkością propagacji w ośrodku, C jest prędkością światła, a Er jest stałą dielektryczną ośrodka. Dzięki tej formule możemy łatwo obliczyć prędkość transmisji sygnału na ścieżce PCB. Na przykład, aby ją obliczyć, po prostu bierzemy stałą dielektryczną materiału bazowego FR4 do wzoru, to znaczy, że prędkość transmisji sygnału w materiale bazowym FR4 jest o połowę mniejsza od prędkości światła. Jednakże, ponieważ połowa linii mikropaskowej na powierzchni znajduje się w powietrzu, a połowa w podłożu, stała dielektryczna zostanie nieznacznie zmniejszona, więc prędkość transmisji będzie nieco większa niż w przypadku linii paskowej. Powszechnie stosowanymi danymi empirycznymi jest to, że opóźnienie śladu linii mikropaskowej wynosi około 140 psi/cal, a opóźnienie śladu linii paskowej wynosi około 166 psi/cal.

Jak powiedziałem wcześniej, jest tylko jeden cel, to znaczy transmisja sygnału na płytce PCB jest opóźniona! Oznacza to, że sygnał nie jest przesyłany do drugiego styku przez okablowanie w chwilę po wysłaniu jednego styku. Chociaż prędkość transmisji sygnału jest bardzo duża, o ile długość śladu jest wystarczająco długa, nadal będzie to miało wpływ na transmisję sygnału. Na przykład dla sygnału 1GHz okres wynosi 1ns, a czas narastania lub opadania zbocza wynosi około jednej dziesiątej okresu, to jest to 100ps. Jeśli długość naszego śladu przekroczy 1 cal (około 2.54 cm), to opóźnienie transmisji będzie większe niż zbocze narastające. Jeśli ślad przekracza 8 cali (około 20 cm), to opóźnienie będzie pełne!

Okazuje się, że PCB ma tak duży wpływ, że często zdarza się, że nasze płytki mają ponad 1 calowe ścieżki. Czy opóźnienie wpłynie na normalne działanie tablicy? Patrząc na rzeczywisty system, jeśli to tylko sygnał i nie chcesz wyłączać innych sygnałów, to opóźnienie nie ma żadnego efektu. Jednak w szybkim systemie to opóźnienie faktycznie zacznie obowiązywać. Na przykład nasze wspólne cząstki pamięci są połączone w formie magistrali z liniami danych, liniami adresowymi, zegarami i liniami sterującymi. Spójrz na nasz interfejs wideo. Bez względu na to, ile kanałów to HDMI lub DVI, będzie zawierać kanały danych i kanały zegara. Lub niektóre protokoły magistrali, z których wszystkie są synchroniczną transmisją danych i zegara. Następnie, w rzeczywistym, szybkim systemie, te sygnały zegarowe i sygnały danych są synchronicznie wysyłane z głównego układu scalonego. Jeśli nasz projekt ścieżki PCB jest słaby, długość sygnału zegara i sygnału danych jest bardzo różna. Łatwo jest spowodować błędne próbkowanie danych, a wtedy cały system nie będzie działał normalnie.

Co powinniśmy zrobić, aby rozwiązać ten problem? Naturalnie pomyślelibyśmy, że jeśli krótkie ślady zostaną wydłużone tak, aby długości śladów tej samej grupy były takie same, to opóźnienie będzie takie samo? Jak przedłużyć okablowanie? Idź naokoło! Bingo! Nie jest łatwo w końcu wrócić do tematu. Jest to główna funkcja linii serpentynowej w systemie szybkim. Kręte, równej długości. To takie proste. Linia serpentynowa służy do nawijania równej długości. Rysując linię serpentynową, możemy sprawić, by ta sama grupa sygnałów miała tę samą długość, dzięki czemu po odebraniu sygnału przez układ odbiorczy dane nie będą spowodowane różnymi opóźnieniami na ścieżce PCB. Zły wybór. Linia serpentyn jest taka sama jak ślady na innych płytkach PCB.

Służą do łączenia sygnałów, ale są dłuższe i ich nie mają. Tak więc linia serpentyn nie jest głęboka i niezbyt skomplikowana. Ponieważ jest taki sam jak inne okablowanie, niektóre powszechnie stosowane zasady okablowania mają również zastosowanie do linii serpentynowych. Jednocześnie, ze względu na specjalną konstrukcję linii serpentynowych, należy zwrócić na to uwagę podczas okablowania. Na przykład postaraj się, aby linie serpentyn były do ​​siebie równoległe. Krótszy, to znaczy obejść duży zakręt, jak mówi przysłowie, nie skręcaj zbyt gęsto i zbyt mało na małym obszarze.

To wszystko pomaga zredukować zakłócenia sygnału. Linia serpentynowa będzie miała zły wpływ na sygnał ze względu na sztuczne zwiększanie długości linii, więc dopóki spełnia wymagania czasowe w systemie, nie używaj jej. Niektórzy inżynierowie używają DDR lub szybkich sygnałów, aby cała grupa miała równą długość. Po całej planszy latają serpentyny. Wydaje się, że to lepsze okablowanie. W rzeczywistości jest to leniwe i nieodpowiedzialne. Wiele miejsc, które nie muszą być nawijane, jest nawiniętych, co marnuje powierzchnię płytki, a także obniża jakość sygnału. Powinniśmy obliczyć nadmiarowość opóźnienia zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami dotyczącymi prędkości sygnału, aby określić zasady okablowania płyty.

Oprócz funkcji równej długości, kilka innych funkcji linii serpentynowej jest często wymienianych w artykułach w Internecie, więc o tym też krótko opowiem.

1. Jednym ze słów, które często widzę, jest rola dopasowania impedancji. To stwierdzenie jest bardzo dziwne. Impedancja śladu płytki drukowanej zależy od szerokości linii, stałej dielektrycznej i odległości od płaszczyzny odniesienia. Kiedy ma to związek z linią serpentyn? Kiedy kształt śladu wpływa na impedancję? Nie wiem skąd pochodzi to stwierdzenie.

2. mówi się również, że jest to rola filtrowania. Nie można powiedzieć, że ta funkcja jest nieobecna, ale nie powinno być funkcji filtrowania w układach cyfrowych lub nie musimy jej używać w układach cyfrowych. W obwodzie częstotliwości radiowej ślad serpentynowy może tworzyć obwód LC. Jeśli ma wpływ na filtrowanie sygnału o określonej częstotliwości, to nadal jest to przeszłość.

3. Antena odbiorcza. To może być. Efekt ten możemy zaobserwować na niektórych telefonach komórkowych lub radiach. Niektóre anteny są wykonane ze śladów PCB.

4. Indukcyjność. To może być. Wszystkie ślady na płytce drukowanej mają pierwotnie indukcyjność pasożytniczą. Możliwe jest wykonanie niektórych cewek indukcyjnych PCB.

5. Bezpiecznik. Ten efekt wprawia mnie w zakłopotanie. Jak krótki i wąski przewód serpentynowy działa jako bezpiecznik? Wypalić, gdy prąd jest wysoki? Płytka nie jest złomowana, cena tego bezpiecznika jest za wysoka, naprawdę nie wiem w jakim zastosowaniu będzie używany.

Poprzez powyższe wprowadzenie możemy wyjaśnić, że w obwodach analogowych lub radiowych linie serpentynowe mają pewne specjalne funkcje, które są określone przez charakterystykę linii mikropaskowych. W projektowaniu obwodów cyfrowych linia serpentynowa jest używana o równej długości, aby uzyskać dopasowanie czasowe. Ponadto linia serpentynowa wpłynie na jakość sygnału, dlatego wymagania systemowe powinny być wyjaśnione w systemie, nadmiarowość systemu powinna być obliczona zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami, a linia serpentynowa powinna być używana z ostrożnością.