Da bi razumeli serpentinasto črto, se pogovorimo o PCB usmerjanje najprej. Zdi se, da tega koncepta ni treba uvajati. Ali strojni inženir ne dela ožičenja vsak dan? Vsako sled na PCB-ju izriše inženir strojne opreme enega za drugim. Kaj je mogoče reči? Pravzaprav to preprosto usmerjanje vsebuje tudi veliko točk znanja, ki jih običajno prezremo. Na primer, koncept mikrotrakaste linije in trakaste linije. Preprosto povedano, mikrotrakasta linija je sled, ki poteka na površini plošče PCB, in trakasta linija je sled, ki poteka na notranji plasti PCB. Kakšna je razlika med tema dvema vrsticama?

Referenčna ravnina mikrotrakaste linije je ozemljitvena ravnina notranje plasti tiskanega vezja, druga stran sledi pa je izpostavljena zraku, zaradi česar je dielektrična konstanta okoli sledi nekonsistentna. Na primer, dielektrična konstanta našega običajno uporabljenega substrata FR4 je okoli 4.2, dielektrična konstanta zraka je 1. Na zgornji in spodnji strani trakove sta referenčne ravnine, celotna sled je vdelana v substrat PCB, in dielektrična konstanta okoli sledi je enaka. To povzroči tudi, da se TEM val prenaša na tračni liniji, medtem ko se kvazi-TEM val prenaša na mikrotrakasto linijo. Zakaj je kvazi-TEM val? To je posledica fazne neusklajenosti na vmesniku med zrakom in podlago PCB. Kaj je TEM val? Če se poglobite v to vprašanje, ga ne boste mogli dokončati v desetih mesecih in pol.

Če na kratko povem, naj gre za mikrotrakasto linijo ali trakasto, njihova vloga ni nič drugega kot prenašanje signalov, bodisi digitalnih ali analognih signalov. Ti signali se v sledu prenašajo v obliki elektromagnetnih valov z enega konca na drugega. Ker je val, mora biti hitrost. Kakšna je hitrost signala na sledi PCB? Glede na razliko v dielektrični konstanti je različna tudi hitrost. Hitrost širjenja elektromagnetnih valov v zraku je dobro znana hitrost svetlobe. Hitrost širjenja v drugih medijih je treba izračunati po naslednji formuli:

V=C/Er0.5

Med njimi je V hitrost širjenja v mediju, C je hitrost svetlobe in Er je dielektrična konstanta medija. S to formulo lahko enostavno izračunamo hitrost prenosa signala na sled PCB. Na primer, preprosto vzamemo dielektrično konstanto osnovnega materiala FR4 v formulo, da jo izračunamo, to pomeni, da je hitrost prenosa signala v osnovnem materialu FR4 polovična hitrost svetlobe. Ker pa je polovica mikrotrakaste linije, ki je zasledovana na površini, v zraku, polovica pa v substratu, se bo dielektrična konstanta nekoliko zmanjšala, zato bo hitrost prenosa nekoliko hitrejša od hitrosti trakastega voda. Običajno uporabljeni empirični podatki so, da je zakasnitev sledenja mikrotrakaste linije približno 140ps/inch, zakasnitev sledenja trakastega črta pa je približno 166ps/inch.

Kot sem že rekel, obstaja samo en namen, to je, da je prenos signala na PCB zakasnjen! Se pravi, da se signal ne prenese na drugi pin skozi ožičenje v trenutku po tem, ko je en pin poslan. Čeprav je hitrost prenosa signala zelo hitra, bo, dokler je dolžina sledi dovolj dolga, še vedno vplivala na prenos signala. Na primer, za signal 1GHz je obdobje 1ns, čas naraščajočega ali padajočega roba pa je približno ena desetina obdobja, potem je 100ps. Če dolžina naše sledi presega 1 palec (približno 2.54 cm), bo zamuda pri prenosu večja kot naraščajoči rob. Če sled presega 8 palcev (približno 20 cm), bo zamuda polni cikel!

Izkazalo se je, da ima PCB tako velik vpliv, da je zelo pogosto, da imajo naše plošče več kot 1-palčni sledi. Ali bo zamuda vplivala na normalno delovanje plošče? Če pogledamo dejanski sistem, če je to samo signal in ne želite izklopiti drugih signalov, se zdi, da zamuda nima nobenega učinka. Vendar pa bo v sistemu za visoke hitrosti ta zamuda dejansko začela veljati. Na primer, naši običajni pomnilniški delci so povezani v obliki vodila, s podatkovnimi linijami, naslovnimi linijami, urami in kontrolnimi linijami. Oglejte si naš video vmesnik. Ne glede na to, koliko kanalov je HDMI ali DVI, bo vseboval podatkovne kanale in kanale ure. Ali nekaj protokolov vodila, ki so vsi sinhroni prenos podatkov in ure. Nato se v dejanskem sistemu visoke hitrosti ti signali ure in podatkovni signali sinhrono pošiljajo iz glavnega čipa. Če je naša zasnova sledi PCB slaba, je dolžina signala ure in podatkovnega signala zelo različna. Enostavno je povzročiti napačno vzorčenje podatkov, potem pa celoten sistem ne bo deloval normalno.

Kaj moramo storiti, da rešimo to težavo? Seveda bi mislili, da če se kratkodolžine sledi podaljšajo tako, da so dolžine sledi iste skupine enake, potem bo zamuda enaka? Kako podaljšati ožičenje? Pojdi okoli! Bingo! Ni se lahko končno vrniti k temi. To je glavna funkcija serpentine v sistemu za visoke hitrosti. Navijanje, enaka dolžina. Tako preprosto je. Serpentinska vrvica se uporablja za navijanje enake dolžine. Z risanjem serpentinaste črte lahko naredimo, da ima ista skupina signalov enako dolžino, tako da potem, ko sprejemni čip prejme signal, podatki ne bodo posledica različnih zamud na sledi PCB. Napačna izbira. Serpentinska linija je enaka kot sledi na drugih ploščah PCB.

Uporabljajo se za povezovanje signalov, vendar so daljši in tega nimajo. Serpentina torej ni globoka in ni preveč zapletena. Ker je enako kot pri drugih ožičenjih, se nekatera pogosto uporabljena pravila ožičenja uporabljajo tudi za serpentinaste linije. Hkrati je treba zaradi posebne strukture serpentinastih linij nanjo posvetiti pozornost pri ožičenju. Na primer, poskusite, da so serpentinaste črte vzporedne med seboj dlje. Krajše, torej zaokroži velik ovinek, kot pravi pregovor, ne hodi pregosto in premajhno na majhnem območju.

Vse to pomaga zmanjšati motnje signala. Serpentinska linija bo slabo vplivala na signal zaradi umetnega povečanja dolžine linije, zato je ne uporabljajte, dokler lahko izpolni časovne zahteve v sistemu. Nekateri inženirji uporabljajo DDR ali signale visoke hitrosti, da naredijo celotno skupino enako dolžino. Serpentinske črte letijo po vsej plošči. Zdi se, da je to boljše ožičenje. Pravzaprav je to leno in neodgovorno. Številna mesta, ki jih ni treba navijati, so navita, kar izgublja površino plošče in zmanjšuje kakovost signala. Izračunati bi morali redundanco zakasnitve glede na dejanske zahteve glede hitrosti signala, da bi določili pravila ožičenja na plošči.

Poleg funkcije enake dolžine se v člankih na internetu pogosto omenja še nekaj drugih funkcij serpentinaste črte, zato bom o njej na kratko govoril tudi tukaj.

1. Ena od besed, ki jo pogosto vidim, je vloga ujemanja impedance. Ta izjava je zelo čudna. Impedanca sledi PCB je povezana s širino črte, dielektrično konstanto in razdaljo referenčne ravnine. Kdaj je povezana s serpentinasto črto? Kdaj oblika sledi vpliva na impedanco? Ne vem, od kod izvira ta izjava.

2. pravi se tudi, da je vloga filtriranja. Za to funkcijo ne moremo reči, da je odsotna, vendar v digitalnih vezjih ne bi smelo biti funkcije filtriranja ali pa nam te funkcije ni treba uporabljati v digitalnih vezjih. V radiofrekvenčnem vezju lahko serpentinasta sled tvori LC vezje. Če ima učinek filtriranja na določen frekvenčni signal, je to še vedno preteklost.

3. Sprejemna antena. To je lahko. Ta učinek lahko opazimo na nekaterih mobilnih telefonih ali radiih. Nekatere antene so izdelane s sledmi PCB.

4. Induktivnost. To je lahko. Vse sledi na PCB imajo prvotno parazitsko induktivnost. Dosegljivo je narediti nekaj induktorjev PCB.

5. Varovalka. Ta učinek me zmede. Kako kratka in ozka serpentinasta žica deluje kot varovalka? Izgoreti, ko je tok visok? Plošča ni razrezana, cena te varovalke je previsoka, res ne vem v kakšni aplikaciji se bo uporabljala.

Skozi zgornji uvod lahko razjasnimo, da imajo v analognih ali radiofrekvenčnih vezjih serpentinaste linije nekatere posebne funkcije, ki jih določajo značilnosti mikrotrakastih vodov. Pri načrtovanju digitalnih vezij se serpentinasta črta uporablja za enako dolžino, da se doseže časovno ujemanje. Poleg tega bo serpentinasta črta vplivala na kakovost signala, zato je treba sistemske zahteve pojasniti v sistemu, sistemsko redundanco izračunati glede na dejanske zahteve, serpentinasto črto pa je treba uporabljati previdno.