Aby sme pochopili hadovitú líniu, porozprávajme sa o PCB najprv smerovanie. Zdá sa, že tento pojem netreba predstavovať. Nerobí hardvérový inžinier každý deň elektroinštalačné práce? Každá stopa na doske plošných spojov je vykreslená jeden po druhom hardvérovým inžinierom. Čo sa dá povedať? V skutočnosti toto jednoduché smerovanie obsahuje aj množstvo poznatkov, ktoré zvyčajne ignorujeme. Napríklad koncept mikropáskového vedenia a páskového vedenia. Jednoducho povedané, mikropásková čiara je stopa, ktorá prebieha na povrchu dosky plošných spojov, a pásková čiara je stopa, ktorá prebieha na vnútornej vrstve dosky plošných spojov. Aký je rozdiel medzi týmito dvoma riadkami?

Referenčná rovina mikropáskového vedenia je základná rovina vnútornej vrstvy PCB a druhá strana stopy je vystavená vzduchu, čo spôsobuje, že dielektrická konštanta okolo stopy je nekonzistentná. Napríklad dielektrická konštanta nášho bežne používaného substrátu FR4 je okolo 4.2, dielektrická konštanta vzduchu je 1. Na hornej aj dolnej strane pásovej čiary sú referenčné roviny, celá stopa je vložená do substrátu PCB, a dielektrická konštanta okolo stopy je rovnaká. To tiež spôsobí, že vlna TEM sa prenáša na pásikovej linke, zatiaľ čo vlna kvázi-TEM sa prenáša na mikropáskovej linke. Prečo je to kvázi-TEM vlna? Je to spôsobené fázovým nesúladom na rozhraní medzi vzduchom a substrátom PCB. Čo je TEM vlna? Ak sa v tejto problematike pohrabete hlbšie, nebudete ju vedieť dokončiť za desať a pol mesiaca.

Aby som to skrátil, či už ide o mikropáskovú linku alebo páskovú linku, ich úlohou nie je nič iné ako prenášať signály, či už digitálne alebo analógové. Tieto signály sú prenášané vo forme elektromagnetických vĺn z jedného konca na druhý v stope. Keďže je to vlna, musí tam byť rýchlosť. Aká je rýchlosť signálu na stope PCB? Podľa rozdielu v dielektrickej konštante sa rýchlosť tiež líši. Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vzduchu je dobre známa rýchlosť svetla. Rýchlosť šírenia v iných médiách sa musí vypočítať podľa tohto vzorca:

V=C/Er0.5

Medzi nimi V je rýchlosť šírenia v médiu, C je rýchlosť svetla a Er je dielektrická konštanta média. Prostredníctvom tohto vzorca môžeme jednoducho vypočítať prenosovú rýchlosť signálu na stope PCB. Napríklad jednoducho vezmeme dielektrickú konštantu základného materiálu FR4 do vzorca na jej výpočet, to znamená, že prenosová rýchlosť signálu v základnom materiáli FR4 je polovičná ako rýchlosť svetla. Avšak, pretože polovica mikropáskového vedenia na povrchu je vo vzduchu a polovica v substráte, dielektrická konštanta bude mierne znížená, takže prenosová rýchlosť bude o niečo vyššia ako rýchlosť pásového vedenia. Bežne používané empirické údaje sú, že oneskorenie stopy mikropáskového vedenia je približne 140 ps/palec a oneskorenie stopy páskového vedenia je približne 166 ps/palec.

Ako som už povedal, je tu len jeden účel, to znamená, že prenos signálu na DPS je oneskorený! To znamená, že signál nie je prenášaný na druhý kolík cez kabeláž v okamihu po odoslaní jedného kolíka. Aj keď je rýchlosť prenosu signálu veľmi vysoká, pokiaľ je dĺžka stopy dostatočne dlhá, stále to ovplyvní prenos signálu. Napríklad pre 1GHz signál je perióda 1ns a doba nábežnej alebo zostupnej hrany je približne jedna desatina periódy, potom je to 100ps. Ak dĺžka našej stopy presiahne 1 palec (približne 2.54 cm), oneskorenie prenosu bude väčšie ako stúpajúca hrana. Ak stopa presiahne 8 palcov (približne 20 cm), oneskorenie bude celý cyklus!

Ukázalo sa, že PCB má taký veľký vplyv, že je veľmi bežné, že naše dosky majú stopy viac ako 1 palec. Ovplyvní oneskorenie normálnu prevádzku dosky? Pri pohľade na skutočný systém, ak je to len signál a nechcete vypnúť iné signály, potom sa zdá, že oneskorenie nemá žiadny vplyv. Vo vysokorýchlostnom systéme sa však toto oneskorenie skutočne prejaví. Napríklad naše bežné pamäťové častice sú spojené vo forme zbernice s dátovými linkami, adresnými linkami, hodinami a riadiacimi linkami. Pozrite si naše video rozhranie. Bez ohľadu na to, koľko kanálov je HDMI alebo DVI, bude obsahovať dátové kanály a časové kanály. Alebo niektoré zbernicové protokoly, pričom všetky sú synchrónnym prenosom dát a hodín. Potom v skutočnom vysokorýchlostnom systéme sú tieto hodinové signály a dátové signály synchrónne odosielané z hlavného čipu. Ak je náš návrh sledovania PCB zlý, dĺžka hodinového signálu a dátového signálu je veľmi odlišná. Je ľahké spôsobiť nesprávne vzorkovanie údajov a celý systém potom nebude fungovať normálne.

Čo by sme mali urobiť, aby sme tento problém vyriešili? Prirodzene by sme si mysleli, že ak sa krátke stopy predĺžia tak, že dĺžky stôp tej istej skupiny budú rovnaké, bude oneskorenie rovnaké? Ako predĺžiť kabeláž? Ísť okolo! Bingo! Nie je ľahké sa konečne vrátiť k téme. Toto je hlavná funkcia serpentínového vedenia vo vysokorýchlostnom systéme. Navíjanie, rovnaká dĺžka. Je to také jednoduché. Hadovitý vlasec sa používa na navinutie rovnakej dĺžky. Kreslením serpentínovej čiary môžeme dosiahnuť, aby rovnaká skupina signálov mala rovnakú dĺžku, takže potom, čo prijímací čip prijme signál, údaje nebudú spôsobené rôznymi oneskoreniami na stope PCB. Nesprávny výber. Hadovitá čiara je rovnaká ako stopy na iných doskách plošných spojov.

Slúžia na prepojenie signálov, ale sú dlhšie a nemajú to. Hadovitá línia teda nie je hlboká a ani príliš komplikovaná. Keďže je to rovnaké ako iné vedenie, niektoré bežne používané pravidlá vedenia platia aj pre hadovité vedenia. Zároveň, vzhľadom na špeciálnu štruktúru hadovitých vedení, by ste jej mali venovať pozornosť pri zapájaní. Skúste napríklad udržať hadovité línie navzájom rovnobežné ďalej. Kratšie, teda prejsť veľkú zákrutu ľudovo, nechoďte príliš husto a na malej ploche príliš málo.

To všetko pomáha znižovať rušenie signálu. Hadovité vedenie bude mať zlý vplyv na signál v dôsledku umelého zväčšenia dĺžky vedenia, takže pokiaľ môže spĺňať požiadavky na časovanie v systéme, nepoužívajte ho. Niektorí inžinieri používajú DDR alebo vysokorýchlostné signály, aby bola celá skupina rovnako dlhá. Hadovité línie lietajú po celej doske. Zdá sa, že toto je lepšie vedenie. V skutočnosti je to lenivé a nezodpovedné. Mnoho miest, ktoré nie je potrebné navíjať, je navinutých, čo plytvá oblasťou dosky a tiež znižuje kvalitu signálu. Mali by sme vypočítať redundanciu oneskorenia podľa skutočných požiadaviek na rýchlosť signálu, aby sme určili pravidlá zapojenia dosky.

Okrem funkcie rovnakej dĺžky sa v článkoch na internete často spomína aj niekoľko ďalších funkcií hadovitej línie, preto tu o nej v krátkosti poviem aj ja.

1. Jedným zo slov, ktoré často vidím, je úloha impedančného prispôsobenia. Toto tvrdenie je veľmi zvláštne. Impedancia stopy PCB súvisí so šírkou čiary, dielektrickou konštantou a vzdialenosťou referenčnej roviny. Kedy súvisí so serpentínovou líniou? Kedy ovplyvňuje tvar stopy impedanciu? Neviem, odkiaľ pochádza zdroj tohto tvrdenia.

2. tiež sa hovorí, že je to úloha filtrovania. Nedá sa povedať, že by táto funkcia chýbala, ale v digitálnych obvodoch by nemala byť žiadna funkcia filtrovania alebo túto funkciu v digitálnych obvodoch používať nemusíme. V rádiofrekvenčnom obvode môže hadovitá stopa tvoriť LC obvod. Ak má filtračný účinok na určitý frekvenčný signál, je to stále minulosť.

3. Prijímacia anténa. Toto môže byť. Tento efekt môžeme vidieť na niektorých mobilných telefónoch alebo rádiách. Niektoré antény sú vyrobené so stopami PCB.

4. Indukčnosť. Toto môže byť. Všetky stopy na DPS majú pôvodne parazitnú indukčnosť. Je možné vyrobiť nejaké tlmivky PCB.

5. Poistka. Tento efekt ma mätie. Ako funguje krátky a úzky hadovitý drôt ako poistka? Vyhorieť, keď je prúd vysoký? Doska nie je zošrotovaná, cena tejto poistky je príliš vysoká, naozaj neviem v akej aplikácii bude použitá.

Prostredníctvom vyššie uvedeného úvodu môžeme objasniť, že v analógových alebo rádiofrekvenčných obvodoch majú hadovité vedenia niektoré špeciálne funkcie, ktoré sú určené charakteristikami mikropáskových vedení. V dizajne digitálnych obvodov sa hadovitá čiara používa na rovnakú dĺžku, aby sa dosiahlo prispôsobenie časovania. Okrem toho serpentínová línia ovplyvní kvalitu signálu, takže systémové požiadavky by mali byť v systéme objasnené, redundancia systému by sa mala vypočítať podľa skutočných požiadaviek a serpentínová línia by sa mala používať opatrne.