Da bismo razumeli serpentinsku liniju, hajde da pričamo o ПЦБ- прво рутирање. Чини се да овај концепт није потребно уводити. Зар хардверски инжењер не ради сваки дан на ожичењу? Сваки траг на ПЦБ-у извлачи један по један од стране хардверског инжењера. Šta se može reći? У ствари, ово једноставно рутирање такође садржи много тачака знања које обично игноришемо. На пример, концепт микротракасте линије и тракасте линије. Једноставно речено, микротракаста линија је траг који се протеже на површини ПЦБ плоче, а тракасти је траг који се протеже на унутрашњем слоју ПЦБ-а. Која је разлика између ове две линије?

Референтна раван микротракасте линије је раван уземљења унутрашњег слоја ПЦБ-а, а друга страна трага је изложена ваздуху, што узрокује да диелектрична константа око трага буде недоследна. На пример, диелектрична константа нашег најчешће коришћеног ФР4 супстрата је око 4.2, диелектрична константа ваздуха је 1. Постоје референтне равни и на горњој и на доњој страни траке, цео траг је уграђен у ПЦБ супстрат, а диелектрична константа око трага је иста. Ово такође узрокује да се ТЕМ талас преноси на тракасту линију, док се квази-ТЕМ талас преноси на микротракасту линију. Зашто је то квази-ТЕМ талас? То је због неусклађености фаза на интерфејсу између ваздуха и ПЦБ подлоге. Шта је ТЕМ талас? Ако дубље копате по овом питању, нећете моћи да га завршите за десет и по месеци.

Да скратимо причу, било да је у питању микротракаста или тракаста линија, њихова улога није ништа друго до преношење сигнала, било дигиталних или аналогних сигнала. Ови сигнали се преносе у облику електромагнетних таласа са једног краја на други у трагу. Пошто је талас, мора постојати брзина. Koja je brzina signala na tragu PCB-a? Према разлици у диелектричној константи различита је и брзина. Брзина простирања електромагнетних таласа у ваздуху је добро позната брзина светлости. Брзина ширења у другим медијима мора се израчунати по следећој формули:

V=C/Er0.5

Међу њима, В је брзина ширења у медијуму, Ц је брзина светлости, а Ер је диелектрична константа средине. Преко ове формуле можемо лако израчунати брзину преноса сигнала на трагу ПЦБ-а. На пример, једноставно узимамо диелектричну константу основног материјала ФР4 у формулу да бисмо је израчунали, то јест, брзина преноса сигнала у основном материјалу ФР4 је половина брзине светлости. Међутим, пошто је половина микротракасте линије праћене на површини у ваздуху, а половина у супстрату, диелектрична константа ће бити мало смањена, тако да ће брзина преноса бити нешто већа од брзине тракасте линије. Уобичајени емпиријски подаци су да је кашњење у траговима микротракасте линије око 140пс/инч, а кашњење у траговима тракасте линије је око 166пс/ин.

Као што сам раније рекао, постоји само једна сврха, то јест, пренос сигнала на ПЦБ касни! To znači da se signal ne prenosi na drugi pin kroz ožičenje u trenutku nakon što se jedan pin pošalje. Iako je brzina prenosa signala veoma velika, sve dok je dužina traga dovoljno duga, to će i dalje uticati na prenos signala. Na primer, za signal od 1 GHz, period je 1ns, a vreme rastuće ili opadajuće ivice je oko jedne desetine perioda, tada je 100ps. Ако дужина нашег трага прелази 1 инч (приближно 2.54 цм), онда ће кашњење у преносу бити више од растуће ивице. Ако траг прелази 8 инча (приближно 20 цм), онда ће кашњење бити пун циклус!

Ispostavilo se da PCB ima tako veliki uticaj, da je vrlo uobičajeno da naše ploče imaju više od 1 inča tragova. Да ли ће кашњење утицати на нормалан рад плоче? Гледајући стварни систем, ако је то само сигнал и не желите да искључите друге сигнале, чини се да кашњење нема никаквог ефекта. Међутим, у систему велике брзине, ово одлагање ће стварно ступити на снагу. На пример, наше уобичајене меморијске честице су повезане у облику магистрале, са линијама података, адресним линијама, сатовима и контролним линијама. Pogledajte naš video interfejs. Без обзира на то колико је канала ХДМИ или ДВИ, он ће садржати канале података и канале сата. Ili neki protokoli magistrale, od kojih su svi sinhroni prenos podataka i sata. Затим, у стварном систему велике брзине, ови сигнали сата и сигнали података се синхроно шаљу са главног чипа. Ако је наш дизајн трагова ПЦБ-а лош, дужина сигнала сата и сигнала података су веома различити. Лако је изазвати погрешно узорковање података и тада цео систем неће радити нормално.

Šta treba da uradimo da rešimo ovaj problem? Наравно, мислили бисмо да ако се кратки трагови продуже тако да су дужине трагова исте групе исте, онда ће кашњење бити исто? Како продужити ожичење? Заобилазити! Бинго! Nije lako konačno se vratiti na temu. Ово је главна функција серпентинске линије у систему великих брзина. Намотавање, једнаке дужине. To je tako jednostavno. Серпентинска линија се користи за намотавање једнаке дужине. Цртањем змијолике линије можемо учинити да иста група сигнала има исту дужину, тако да након што пријемни чип прими сигнал, подаци неће бити узроковани различитим кашњењима на трагу ПЦБ-а. Погрешан избор. Серпентинска линија је иста као и трагови на другим ПЦБ плочама.

Koriste se za povezivanje signala, ali su duži i nemaju ga. Дакле, серпентинска линија није дубока и није превише компликована. Пошто је исто као и друга ожичења, нека уобичајена правила ожичења су применљива и на серпентинасте линије. Истовремено, због посебне структуре серпентинских линија, треба обратити пажњу на то приликом ожичења. На пример, покушајте да змијолике линије буду паралелне једна са другом даље. Краће, односно обиђите велику кривину како се каже, не идите превише густо и премало на малом простору.

Све ово помаже у смањењу сметњи сигнала. Serpentinska linija će imati loš uticaj na signal zbog veštačkog povećanja dužine linije, tako da sve dok može da ispuni vremenske zahteve u sistemu, nemojte je koristiti. Неки инжењери користе ДДР или сигнале велике брзине да би цела група била једнаке дужине. Змијолике линије лете по целој табли. Чини се да је ово боље ожичење. У ствари, ово је лењо и неодговорно. Многа места која не треба да се намотају су намотана, што троши површину плоче, а такође смањује квалитет сигнала. Требало би да израчунамо редундантност кашњења у складу са стварним захтевима брзине сигнала, како бисмо одредили правила ожичења плоче.

Поред функције једнаке дужине, у чланцима на Интернету се често помиње још неколико функција серпентине, па ћу и овде укратко говорити о томе.

1. Једна од речи коју често видим је улога подударања импедансе. Ова изјава је веома чудна. Импеданса трага ПЦБ-а је повезана са ширином линије, диелектричном константом и растојањем референтне равни. Kada je u vezi sa serpentinskom linijom? Када облик трага утиче на импедансу? Ne znam odakle je izvor ove izjave.

2. takođe se kaže da je uloga filtriranja. Не може се рећи да ова функција недостаје, али не би требало да постоји функција филтрирања у дигиталним колима или не треба да користимо ову функцију у дигиталним колима. У радио-фреквентном колу, серпентински траг може формирати ЛЦ коло. Ако има филтерски ефекат на сигнал одређене фреквенције, то је још увек прошлост.

3. Пријемна антена. Ово може бити. Овај ефекат можемо видети на неким мобилним телефонима или радијима. Neke antene su napravljene sa PCB tragovima.

4. Индуктивност. Ovo može biti. Сви трагови на ПЦБ-у првобитно имају паразитску индуктивност. Остварљиво је направити неке ПЦБ индукторе.

5. Осигурач. Овај ефекат ме збуњује. Како кратка и уска серпентинаста жица функционише као осигурач? Izgoreti kada je struja velika? Плоча није расходована, цена овог осигурача је превисока, стварно не знам у којој врсти примене ће се користити.

Кроз горњи увод, можемо разјаснити да у аналогним или радио-фреквентним колима, серпентинасти водови имају неке посебне функције, које су одређене карактеристикама микротракастих водова. У дизајну дигиталног кола, серпентинаста линија се користи за једнаку дужину да би се постигло усклађивање времена. Поред тога, серпентинаста линија ће утицати на квалитет сигнала, тако да системске захтеве треба разјаснити у систему, редундантност система треба израчунати према стварним захтевима, а серпентинасту линију треба користити са опрезом.