För att förstå serpentinlinjen, låt oss prata om PCB rutt först. Det här konceptet verkar inte behöva introduceras. Gör inte hårdvaruingenjören ledningsarbete varje dag? Varje spår på kretskortet dras ut en efter en av hårdvaruingenjören. Vad kan man säga? Faktum är att denna enkla routing också innehåller en hel del kunskapspunkter som vi vanligtvis ignorerar. Till exempel konceptet med microstrip-linje och stripline. Enkelt uttryckt är microstrip-linjen spåret som går på ytan av PCB-kortet, och stripline är spåret som löper på det inre lagret av PCB. Vad är skillnaden mellan dessa två rader?

Referensplanet för mikrostriplinjen är jordplanet för det inre lagret av PCB, och den andra sidan av spåret exponeras för luften, vilket gör att dielektricitetskonstanten runt spåret är inkonsekvent. Till exempel är dielektricitetskonstanten för vårt vanliga FR4-substrat runt 4.2, luftens dielektriska konstant är 1. Det finns referensplan på både de övre och nedre sidorna av bandlinjen, hela spåret är inbäddat i PCB-substratet, och dielektricitetskonstanten runt kurvan är densamma. Detta gör också att TEM-vågen sänds på bandlinjen, medan kvasi-TEM-vågen sänds på mikrostriplinjen. Varför är det en kvasi-TEM-våg? Det beror på fasfel vid gränssnittet mellan luften och PCB-substratet. Vad är TEM-våg? Om du gräver djupare i den här frågan kommer du inte att kunna avsluta den på tio och en halv månad.

För att göra en lång historia kort, oavsett om det är en mikrostriplinje eller en stripline, är deras roll inget annat än att bära signaler, oavsett om det är digitala signaler eller analoga signaler. Dessa signaler överförs i form av elektromagnetiska vågor från ena änden till den andra i spåret. Eftersom det är en våg måste det vara fart. Vilken hastighet har signalen på PCB-spåret? Beroende på skillnaden i dielektricitetskonstanten är hastigheten också olika. Utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i luften är den välkända ljushastigheten. Utbredningshastigheten i andra medier måste beräknas med följande formel:

V=C/Er0.5

Bland dem är V utbredningshastigheten i mediet, C är ljusets hastighet och Er är mediets dielektriska konstant. Genom denna formel kan vi enkelt beräkna överföringshastigheten för signalen på PCB-spåret. Till exempel tar vi helt enkelt den dielektriska konstanten för FR4-basmaterialet i formeln för att beräkna den, det vill säga överföringshastigheten för signalen i FR4-basmaterialet är halva ljusets hastighet. Men eftersom hälften av mikrostriplinjen som spåras på ytan är i luften och hälften i substratet kommer dielektricitetskonstanten att minska något, så transmissionshastigheten blir något snabbare än den för striplinjen. Vanligt använda empiriska data är att spårfördröjningen för mikrostriplinjen är cirka 140ps/tum, och spårfördröjningen för striplinen är cirka 166ps/tum.

Som jag sa tidigare så finns det bara ett syfte, det vill säga att signalöverföringen på PCB är försenad! Det vill säga, signalen överförs inte till det andra stiftet genom ledningarna på ett ögonblick efter att ett stift har sänts. Även om signalöverföringshastigheten är mycket snabb, så länge spårlängden är tillräckligt lång, kommer det fortfarande att påverka signalöverföringen. Till exempel, för en 1GHz-signal är perioden 1ns, och tiden för den stigande eller fallande flanken är ungefär en tiondel av perioden, då är det 100ps. Om längden på vårt spår överstiger 1 tum (ungefär 2.54 cm), kommer överföringsfördröjningen att vara mer än en stigande kant. Om spåret överstiger 8 tum (cirka 20 cm), kommer fördröjningen att vara en hel cykel!

Det visar sig att PCB har så stor inverkan, det är väldigt vanligt att våra kort har mer än 1tums spår. Kommer förseningen att påverka brädets normala funktion? Om man tittar på själva systemet, om det bara är en signal och du inte vill stänga av andra signaler, så verkar fördröjningen inte ha någon effekt. Men i ett höghastighetssystem kommer denna fördröjning faktiskt att träda i kraft. Till exempel är våra vanliga minnespartiklar anslutna i form av en buss, med datalinjer, adresslinjer, klockor och kontrolllinjer. Ta en titt på vårt videogränssnitt. Oavsett hur många kanaler som är HDMI eller DVI, kommer den att innehålla datakanaler och klockkanaler. Eller några bussprotokoll, som alla är synkron överföring av data och klocka. Sedan, i ett verkligt höghastighetssystem, skickas dessa klocksignaler och datasignaler synkront från huvudchippet. Om vår PCB-spårningsdesign är dålig är längden på klocksignalen och datasignalen väldigt olika. Det är lätt att orsaka fel sampling av data, och då fungerar inte hela systemet normalt.

Vad ska vi göra för att lösa detta problem? Naturligtvis skulle vi tro att om de korta spåren förlängs så att spårlängderna för samma grupp är desamma, så blir fördröjningen densamma? Hur förlänger man kablaget? Gå runt! Bingo! Det är inte lätt att äntligen återvända till ämnet. Detta är huvudfunktionen hos serpentinlinjen i höghastighetssystemet. Slingrande, lika lång. Det är så enkelt. Serpentinlinjen används för att linda lika längd. Genom att rita serpentinlinjen kan vi få samma grupp av signaler att ha samma längd, så att efter att det mottagande chippet tagit emot signalen kommer data inte att orsakas av de olika fördröjningarna på PCB-spåret. Fel val. Serpentinlinjen är densamma som spåren på andra PCB-kort.

De används för att ansluta signalerna, men de är längre och har det inte. Så serpentinlinjen är inte djup och inte för komplicerad. Eftersom det är samma som andra ledningar, är några vanliga ledningsregler också tillämpliga på serpentinlinjer. Samtidigt, på grund av den speciella strukturen hos serpentinlinjer, bör du vara uppmärksam på det när du ansluter. Försök till exempel att hålla serpentinlinjerna parallella med varandra längre. Kortare, det vill säga gå runt en stor kurva som man säger, gå inte för tät och för liten på en liten yta.

Allt detta hjälper till att minska signalstörningar. Serpentinlinjen kommer att ha ett dåligt inflytande på signalen på grund av den konstgjorda ökningen av linjelängden, så så länge den kan uppfylla tidskraven i systemet, använd den inte. Vissa ingenjörer använder DDR eller höghastighetssignaler för att göra hela gruppen lika lång. Serpentinlinjerna flyger över hela brädet. Det verkar som att detta är bättre ledningar. I själva verket är detta lat och oansvarigt. Många ställen som inte behöver lindas är lindade, vilket slösar bort ytan på brädan och minskar också signalkvaliteten. Vi bör beräkna fördröjningsredundansen enligt de faktiska signalhastighetskraven, för att fastställa ledningsreglerna för kortet.

Förutom funktionen av lika längd nämns ofta flera andra funktioner hos serpentinlinjen i artiklar på Internet, så jag kommer också kort att prata om det här.

1. Ett av orden som jag ofta ser är impedansmatchningens roll. Detta uttalande är mycket märkligt. PCB-spårets impedans är relaterad till linjebredden, dielektricitetskonstanten och referensplanets avstånd. När är det relaterat till serpentinlinjen? När påverkar formen på spåret impedansen? Jag vet inte var källan till detta uttalande kommer ifrån.

2. Det sägs också att det är filtreringens roll. Denna funktion kan inte sägas saknas, men det ska inte finnas någon filtreringsfunktion i digitala kretsar eller så behöver vi inte använda den här funktionen i digitala kretsar. I radiofrekvenskretsen kan serpentinspåret bilda en LC-krets. Om det har en filtrerande effekt på en viss frekvenssignal är det fortfarande det förflutna.

3. Mottagningsantenn. Det här kan vara. Vi kan se denna effekt på vissa mobiltelefoner eller radioapparater. Vissa antenner är gjorda med PCB-spår.

4. Induktans. Det här kan vara. Alla spår på PCB har ursprungligen parasitisk induktans. Det är möjligt att göra vissa PCB-induktorer.

5. Säkring. Denna effekt gör mig förbryllad. Hur fungerar den korta och smala serpentintråden som en säkring? Bränn ut när strömmen är hög? Skivan är inte skrotad, priset på denna säkring är för högt, jag vet verkligen inte vilken typ av applikation den kommer att användas i.

Genom ovanstående introduktion kan vi klargöra att i analoga eller radiofrekvenskretsar har serpentinlinjer några speciella funktioner, som bestäms av egenskaperna hos mikrostriplinjer. I digital kretsdesign används serpentinlinjen lika lång för att uppnå tidsanpassning. Dessutom kommer serpentinlinjen att påverka signalkvaliteten, så systemkraven bör förtydligas i systemet, systemredundansen ska beräknas enligt de faktiska kraven och serpentinlinjen bör användas med försiktighet.