Para entender a linha serpentina, vamos falar sobre PCB roteamento primeiro. Este conceito não parece precisar ser introduzido. O engenheiro de hardware não trabalha com a fiação todos os dias? Cada traço no PCB é desenhado um a um pelo engenheiro de hardware. O que pode ser dito? Na verdade, esse roteamento simples também contém muitos pontos de conhecimento que geralmente ignoramos. Por exemplo, o conceito de linha de microstrip e stripline. Simplificando, a linha de microfita é o traço que corre na superfície da placa do PCB, e o stripline é o traço que corre na camada interna do PCB. Qual é a diferença entre essas duas linhas?

O plano de referência da linha de microfita é o plano de aterramento da camada interna do PCB, e o outro lado do traço é exposto ao ar, o que faz com que a constante dielétrica ao redor do traço seja inconsistente. Por exemplo, a constante dielétrica do nosso substrato FR4 comumente usado é de cerca de 4.2, a constante dielétrica do ar é 1. Existem planos de referência em ambos os lados superior e inferior da linha de tira, todo o traço está embutido no substrato PCB, e a constante dielétrica em torno do traço é a mesma. Isso também faz com que a onda TEM seja transmitida na linha de tira, enquanto a onda quase-TEM é transmitida na linha de microfita. Por que é uma onda quase-TEM? Isso é devido à incompatibilidade de fase na interface entre o ar e o substrato de PCB. O que é onda TEM? Se você se aprofundar neste assunto, não conseguirá concluí-lo em dez meses e meio.

Para encurtar a história, seja uma linha de microfita ou uma stripline, seu papel nada mais é do que transportar sinais, sejam sinais digitais ou analógicos. Esses sinais são transmitidos na forma de ondas eletromagnéticas de uma extremidade a outra do traço. Por ser uma onda, deve haver velocidade. Qual é a velocidade do sinal no traço do PCB? De acordo com a diferença na constante dielétrica, a velocidade também é diferente. A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é a conhecida velocidade da luz. A velocidade de propagação em outros meios deve ser calculada pela seguinte fórmula:

V = C / Er0.5

Entre eles, V é a velocidade de propagação no meio, C é a velocidade da luz e Er é a constante dielétrica do meio. Por meio dessa fórmula, podemos calcular facilmente a velocidade de transmissão do sinal no traço do PCB. Por exemplo, simplesmente pegamos a constante dielétrica do material base do FR4 na fórmula para calculá-la, ou seja, a velocidade de transmissão do sinal no material base do FR4 é a metade da velocidade da luz. No entanto, como metade da linha de microfita traçada na superfície está no ar e a outra metade no substrato, a constante dielétrica será ligeiramente reduzida, de modo que a velocidade de transmissão será ligeiramente mais rápida do que a linha de tira. Os dados empíricos comumente usados ​​são que o retardo de rastreamento da linha de microfita é de cerca de 140 ps / polegada e o retardo de rastreamento da linha de fita é de cerca de 166 ps / polegada.

Como eu disse antes, há apenas um propósito, ou seja, a transmissão do sinal no PCB é atrasada! Ou seja, o sinal não é transmitido para o outro pino através da fiação em um instante após o envio de um pino. Embora a velocidade de transmissão do sinal seja muito rápida, contanto que o comprimento do traço seja longo o suficiente, isso ainda afetará a transmissão do sinal. Por exemplo, para um sinal de 1 GHz, o período é 1 ns e o tempo da borda de subida ou descida é cerca de um décimo do período, então é 100 ps. Se o comprimento de nosso traçado exceder 1 polegada (aproximadamente 2.54 cm), o atraso de transmissão será maior do que uma borda de subida. Se o traçado exceder 8 polegadas (aproximadamente 20 cm), o atraso será um ciclo completo!

Acontece que o PCB tem um impacto tão grande que é muito comum que nossas placas tenham traços de mais de 1 polegada. O atraso afetará o funcionamento normal da placa? Olhando para o sistema real, se for apenas um sinal e você não quiser desligar outros sinais, então o atraso não parece ter nenhum efeito. No entanto, em um sistema de alta velocidade, esse atraso terá efeito. Por exemplo, nossas partículas de memória comuns são conectadas na forma de um barramento, com linhas de dados, linhas de endereço, relógios e linhas de controle. Dê uma olhada em nossa interface de vídeo. Não importa quantos canais sejam HDMI ou DVI, ele conterá canais de dados e canais de relógio. Ou alguns protocolos de barramento, todos eles com transmissão síncrona de dados e relógio. Então, em um sistema real de alta velocidade, esses sinais de clock e sinais de dados são enviados de forma síncrona do chip principal. Se nosso projeto de traço de PCB for pobre, a duração do sinal de clock e o sinal de dados serão muito diferentes. É fácil causar uma amostragem incorreta de dados e, então, todo o sistema não funcionará normalmente.

O que devemos fazer para resolver este problema? Naturalmente, poderíamos pensar que se os traços de comprimento curto forem alongados de forma que os comprimentos dos traços do mesmo grupo sejam os mesmos, então o atraso será o mesmo? Como alongar a fiação? Dê a volta! Bingo! Não é fácil voltar finalmente ao assunto. Esta é a principal função da linha serpentina no sistema de alta velocidade. Enrolamento, comprimento igual. É simples assim. A linha serpentina é usada para enrolar o mesmo comprimento. Desenhando a linha serpentina, podemos fazer com que o mesmo grupo de sinais tenha o mesmo comprimento, de modo que, depois que o chip receptor receber o sinal, os dados não sejam causados ​​pelos diferentes atrasos no traço do PCB. Escolha errada. A linha serpentina é igual aos traços em outras placas PCB.

Eles são usados ​​para conectar os sinais, mas são mais longos e não têm. Portanto, a linha serpentina não é profunda e nem muito complicada. Uma vez que é igual a outra fiação, algumas regras de fiação comumente usadas também se aplicam a linhas em serpentina. Ao mesmo tempo, devido à estrutura especial das linhas em serpentina, você deve prestar atenção a ela ao fazer a fiação. Por exemplo, tente manter as linhas serpentinas paralelas entre si mais longe. Mais curto, ou seja, contorne uma grande curva, como diz o ditado, não seja muito denso e muito pequeno em uma área pequena.

Tudo isso ajuda a reduzir a interferência do sinal. A linha serpentina terá uma má influência no sinal devido ao aumento artificial do comprimento da linha, portanto, desde que atenda aos requisitos de temporização do sistema, não a utilize. Alguns engenheiros usam DDR ou sinais de alta velocidade para fazer com que todo o grupo tenha o mesmo comprimento. As linhas serpentinas voam por todo o tabuleiro. Parece que esta é uma fiação melhor. Na verdade, isso é preguiçoso e irresponsável. Muitos lugares que não precisam ser enrolados são enrolados, o que desperdiça a área da placa e também reduz a qualidade do sinal. Devemos calcular a redundância do atraso de acordo com os requisitos reais de velocidade do sinal, a fim de determinar as regras de fiação da placa.

Além da função de igual comprimento, várias outras funções da linha serpentina são frequentemente mencionadas em artigos na Internet, portanto, também falarei brevemente sobre isso aqui.

1. Uma das palavras que vejo com frequência é o papel do casamento de impedância. Esta afirmação é muito estranha. A impedância do traço de PCB está relacionada à largura da linha, à constante dielétrica e à distância do plano de referência. Quando está relacionado à linha serpentina? Quando o formato do traço afeta a impedância? Não sei de onde vem a fonte desta declaração.

2. também é dito que é o papel de filtrar. Esta função não pode ser considerada ausente, mas não deveria haver função de filtragem em circuitos digitais ou não precisamos usar esta função em circuitos digitais. No circuito de radiofrequência, o traço da serpentina pode formar um circuito LC. Se tiver um efeito de filtragem em um determinado sinal de frequência, isso ainda é passado.

3. Recepção de antena. Isso pode ser. Podemos ver esse efeito em alguns telefones celulares ou rádios. Algumas antenas são feitas com traços de PCB.

4. Indutância. Isso pode ser. Todos os traços no PCB originalmente têm indutância parasitária. É possível fazer alguns indutores de PCB.

5. Fusível. Esse efeito me deixa confuso. Como o fio serpentino curto e estreito funciona como fusível? Queima quando a corrente é alta? A placa não é sucateada, o preço desse fusível é muito alto, realmente não sei em que tipo de aplicação ela vai ser usada.

Através da introdução acima, podemos esclarecer que em circuitos analógicos ou de radiofrequência, as linhas em serpentina possuem algumas funções especiais, que são determinadas pelas características das linhas de microfita. No projeto de circuito digital, a linha serpentina é usada com o mesmo comprimento para obter a correspondência de tempo. Além disso, a linha em serpentina afetará a qualidade do sinal, por isso os requisitos do sistema devem ser esclarecidos no sistema, a redundância do sistema deve ser calculada de acordo com os requisitos reais e a linha em serpentina deve ser usada com cautela.