มาทำความเข้าใจสายคดกันเถอะ PCB การกำหนดเส้นทางก่อน แนวคิดนี้ไม่จำเป็นต้องมีการแนะนำ วิศวกรฮาร์ดแวร์ทำงานเดินสายทุกวันใช่หรือไม่ ทุกร่องรอยบน PCB ถูกดึงออกมาทีละชิ้นโดยวิศวกรฮาร์ดแวร์ จะพูดอะไรได้? อันที่จริง การกำหนดเส้นทางแบบง่ายนี้ยังประกอบด้วยจุดความรู้มากมายที่เรามักจะมองข้ามไป ตัวอย่างเช่น แนวคิดของเส้นไมโครสตริปและสตริปไลน์ พูดง่ายๆ คือ เส้นไมโครสตริปคือรอยที่วิ่งบนพื้นผิวของบอร์ด PCB และสตริปไลน์คือรอยที่วิ่งบนชั้นในของ PCB อะไรคือความแตกต่างระหว่างสองบรรทัดนี้?

ระนาบอ้างอิงของเส้นไมโครสตริปคือระนาบพื้นของชั้นในของ PCB และอีกด้านหนึ่งของร่องรอยสัมผัสกับอากาศ ซึ่งทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกรอบร่องรอยไม่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของซับสเตรต FR4 ที่เรามักใช้คือ ประมาณ 4.2 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอากาศเท่ากับ 1 มีระนาบอ้างอิงทั้งด้านบนและด้านล่างของเส้นสตริป ร่องรอยทั้งหมดถูกฝังอยู่ในพื้นผิว PCB และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกรอบร่องรอยจะเท่ากัน สิ่งนี้ยังทำให้คลื่น TEM ถูกส่งบนเส้นสตริป ในขณะที่คลื่น quasi-TEM ถูกส่งบนเส้นไมโครสตริป ทำไมถึงเป็นเวฟ quasi-TEM? นั่นเป็นเพราะเฟสไม่ตรงกันที่ส่วนต่อประสานระหว่างอากาศกับพื้นผิว PCB คลื่น TEM คืออะไร? หากคุณเจาะลึกปัญหานี้ คุณจะไม่สามารถทำให้เสร็จได้ภายในสิบเดือนครึ่ง

ในการทำให้เรื่องสั้นสั้นลง ไม่ว่าจะเป็นสายไมโครสตริปหรือสตริปไลน์ บทบาทของพวกเขาไม่มีอะไรมากไปกว่าการส่งสัญญาณ ไม่ว่าจะเป็นสัญญาณดิจิทัลหรือสัญญาณแอนะล็อก สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งในการติดตาม เนื่องจากเป็นคลื่นจึงต้องมีความเร็ว ความเร็วของสัญญาณบนการติดตาม PCB คืออะไร? ตามความแตกต่างของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ความเร็วก็ต่างกันด้วย ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอากาศคือความเร็วของแสงที่รู้จักกันดี ความเร็วการแพร่กระจายในสื่ออื่นต้องคำนวณตามสูตรต่อไปนี้:

V=C/Er0.5

ในหมู่พวกเขา V คือความเร็วในการแพร่กระจายในตัวกลาง C คือความเร็วของแสงและ Er คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง ด้วยสูตรนี้ เราสามารถคำนวณความเร็วในการส่งสัญญาณบนการติดตาม PCB ได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น เราเพียงนำค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุฐาน FR4 มาคำนวณในสูตร นั่นคือ ความเร็วในการส่งสัญญาณในวัสดุฐาน FR4 จะมีความเร็วแสงเพียงครึ่งเดียว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากครึ่งหนึ่งของเส้นไมโครสตริปที่ลากบนพื้นผิวอยู่ในอากาศและอีกครึ่งหนึ่งอยู่ในพื้นผิว ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะลดลงเล็กน้อย ดังนั้นความเร็วในการส่งจะเร็วกว่าเส้นสตริปเล็กน้อย ข้อมูลเชิงประจักษ์ที่ใช้กันทั่วไปคือความหน่วงในการติดตามของสายไมโครสตริปอยู่ที่ประมาณ 140ps/นิ้ว และความล่าช้าในการติดตามของสตริปไลน์อยู่ที่ประมาณ 166ps/นิ้ว

อย่างที่ฉันพูดไปก่อนหน้านี้มีจุดประสงค์เดียวนั่นคือการส่งสัญญาณบน PCB ล่าช้า! กล่าวคือ สัญญาณจะไม่ถูกส่งไปยังพินอื่นผ่านสายไฟในทันทีหลังจากส่งพินหนึ่งพิน แม้ว่าความเร็วในการส่งสัญญาณจะเร็วมาก ตราบใดที่ความยาวของการติดตามนั้นยาวเพียงพอ ก็จะยังส่งผลต่อการส่งสัญญาณ ตัวอย่างเช่น สำหรับสัญญาณ 1GHz ช่วงเวลาคือ 1ns และเวลาที่ขอบขึ้นหรือลงจะอยู่ที่ประมาณหนึ่งในสิบของช่วงเวลา จากนั้นจะเท่ากับ 100ps หากความยาวของร่องรอยของเราเกิน 1 นิ้ว (ประมาณ 2.54 ซม.) ความล่าช้าในการส่งจะเป็นมากกว่าขอบที่เพิ่มขึ้น หากร่องรอยเกิน 8 นิ้ว (ประมาณ 20 ซม.) ความล่าช้าจะเป็นรอบเต็ม!

ปรากฎว่า PCB มีผลกระทบอย่างมาก เป็นเรื่องปกติที่บอร์ดของเราจะมีร่องรอยมากกว่า 1 นิ้ว ความล่าช้าจะส่งผลต่อการทำงานปกติของบอร์ดหรือไม่? เมื่อพิจารณาจากระบบจริงแล้ว หากเป็นเพียงสัญญาณและคุณไม่ต้องการปิดสัญญาณอื่นๆ แสดงว่าการหน่วงเวลานั้นไม่มีผลใดๆ อย่างไรก็ตาม ในระบบความเร็วสูง การหน่วงเวลานี้จะมีผลจริง ตัวอย่างเช่น อนุภาคหน่วยความจำทั่วไปของเราเชื่อมต่อกันในรูปแบบของบัส โดยมีเส้นข้อมูล เส้นที่อยู่ นาฬิกา และเส้นควบคุม ดูอินเทอร์เฟซวิดีโอของเรา ไม่ว่าจะมี HDMI หรือ DVI กี่ช่อง ก็จะมีช่องข้อมูลและช่องสัญญาณนาฬิกา หรือโปรโตคอลบัสบางตัว ซึ่งทั้งหมดเป็นการส่งข้อมูลและนาฬิกาแบบซิงโครนัส จากนั้นในระบบความเร็วสูงจริง สัญญาณนาฬิกาและสัญญาณข้อมูลเหล่านี้จะถูกส่งแบบซิงโครนัสจากชิปหลัก หากการออกแบบการติดตาม PCB ของเราไม่ดี ความยาวของสัญญาณนาฬิกาและสัญญาณข้อมูลจะแตกต่างกันมาก ทำให้เกิดการสุ่มตัวอย่างข้อมูลผิดพลาดได้ง่าย จากนั้นทั้งระบบจะไม่ทำงานตามปกติ

เราควรทำอย่างไรเพื่อแก้ปัญหานี้? โดยธรรมชาติแล้ว เราจะคิดว่าถ้าการลากเส้นที่มีความยาวสั้นนั้นยาวขึ้นเพื่อให้ความยาวรอยของกลุ่มเดียวกันเท่ากัน ความหน่วงก็จะเท่ากันหรือไม่? วิธียืดสายไฟให้ยาวขึ้น? ไปรอบ ๆ! บิงโก! มันไม่ง่ายเลยที่จะกลับไปที่เรื่อง นี่คือหน้าที่หลักของแนวคดเคี้ยวในระบบความเร็วสูง คดเคี้ยวยาวเท่ากัน มันง่ายมาก เส้นคดเคี้ยวไปมาใช้ในการหมุนให้ยาวเท่ากัน โดยการวาดเส้นคดเคี้ยวไปมา เราสามารถทำให้สัญญาณกลุ่มเดียวกันมีความยาวเท่ากัน เพื่อที่ว่าหลังจากที่ชิปรับสัญญาณได้รับสัญญาณแล้ว ข้อมูลจะไม่เกิดจากความล่าช้าที่แตกต่างกันในการติดตาม PCB เลือกผิด. เส้นคดเคี้ยวไปมาเหมือนกับรอยบนบอร์ด PCB อื่นๆ

ใช้สำหรับเชื่อมต่อสัญญาณ แต่ยาวกว่าและไม่มี เส้นคดเคี้ยวไปมาจึงไม่ลึกและไม่ซับซ้อนจนเกินไป เนื่องจากเหมือนกับการเดินสายอื่นๆ กฎการเดินสายที่ใช้กันทั่วไปบางข้อจึงนำไปใช้กับสายคดเคี้ยว ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากโครงสร้างพิเศษของเส้นคดเคี้ยว คุณควรใส่ใจกับมันเมื่อเดินสาย ตัวอย่างเช่น พยายามให้เส้นคดเคี้ยวขนานกันให้ไกลขึ้น สั้นกว่านั้น คือ เลี้ยวโค้งใหญ่ตามคำกล่าวที่ว่า อย่าไปหนาแน่นเกินไปและเล็กเกินไปในพื้นที่ขนาดเล็ก

ทั้งหมดนี้ช่วยลดสัญญาณรบกวน เส้นคดเคี้ยวไปมาจะส่งผลเสียต่อสัญญาณเนื่องจากการเพิ่มความยาวของเส้นเทียม ตราบใดที่มันสามารถตอบสนองความต้องการด้านเวลาในระบบได้ อย่าใช้มัน วิศวกรบางคนใช้ DDR หรือสัญญาณความเร็วสูงเพื่อทำให้ทั้งกลุ่มมีความยาวเท่ากัน เส้นคดเคี้ยวไปมาทั่วกระดาน ดูเหมือนว่านี่เป็นการเดินสายที่ดีกว่า อันที่จริงนี่ขี้เกียจและขาดความรับผิดชอบ หลายแห่งที่ไม่จำเป็นต้องทำแผลเป็นแผลทำให้เสียพื้นที่กระดานและยังทำให้คุณภาพสัญญาณลดลงอีกด้วย เราควรคำนวณความซ้ำซ้อนของการหน่วงเวลาตามข้อกำหนดความเร็วของสัญญาณจริง เพื่อกำหนดกฎการเดินสายของบอร์ด

นอกจากฟังก์ชันที่มีความยาวเท่ากันแล้ว ยังมีการกล่าวถึงฟังก์ชันอื่นๆ อีกหลายอย่างของเส้นคดเคี้ยวไปมาในบทความทางอินเทอร์เน็ต ดังนั้นฉันจะพูดถึงเรื่องนี้โดยสังเขปในที่นี้ด้วย

1. คำหนึ่งที่ฉันมักจะเห็นคือบทบาทของการจับคู่อิมพีแดนซ์ ประโยคนี้แปลกมาก อิมพีแดนซ์ของการติดตาม PCB สัมพันธ์กับความกว้างของเส้น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก และระยะห่างของระนาบอ้างอิง เกี่ยวไรกับสายพญานาค? รูปร่างของรอยต่อส่งผลต่ออิมพีแดนซ์เมื่อใด ฉันไม่รู้ว่าที่มาของข้อความนี้มาจากไหน

2. มันยังบอกว่าเป็นหน้าที่ของการกรอง ฟังก์ชันนี้ไม่สามารถพูดได้ว่าขาดหายไป แต่ไม่ควรมีฟังก์ชันการกรองในวงจรดิจิทัล หรือเราไม่จำเป็นต้องใช้ฟังก์ชันนี้ในวงจรดิจิทัล ในวงจรความถี่วิทยุ รอยคดเคี้ยวสามารถสร้างวงจร LC ได้ หากมีผลการกรองสัญญาณความถี่บางอย่าง แสดงว่ายังคงเป็นอดีต

3. รับเสาอากาศ นี้สามารถเป็น เราสามารถเห็นผลนี้ในโทรศัพท์มือถือหรือวิทยุบางรุ่น เสาอากาศบางตัวทำด้วย PCB trace

4. การเหนี่ยวนำ นี้สามารถเป็น ร่องรอยทั้งหมดบน PCB เดิมมีการเหนี่ยวนำกาฝาก เป็นไปได้ที่จะสร้างตัวเหนี่ยวนำ PCB บางตัว

5. ฟิวส์ เอฟเฟกต์นี้ทำให้ฉันงุนงง ลวดคดเคี้ยวสั้นและแคบทำหน้าที่เป็นฟิวส์อย่างไร? ดับเมื่อกระแสสูง? บอร์ดไม่ได้เสีย ฟิวส์นี้ราคาสูงไป ไม่รู้จริงๆ ว่าจะใช้กับบอร์ดแบบไหน

จากการแนะนำข้างต้น เราสามารถชี้แจงได้ว่าในวงจรความถี่แอนะล็อกหรือคลื่นวิทยุ เส้นคดเคี้ยวไปมามีฟังก์ชันพิเศษบางอย่าง ซึ่งกำหนดโดยลักษณะของเส้นไมโครสตริป ในการออกแบบวงจรดิจิทัล เส้นคดเคี้ยวไปมาจะใช้ความยาวเท่ากันเพื่อให้ได้จังหวะที่ตรงกัน นอกจากนี้ เส้นคดเคี้ยวไปมาจะส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ ดังนั้นข้อกำหนดของระบบควรมีความชัดเจนในระบบ ควรคำนวณความซ้ำซ้อนของระบบตามข้อกำหนดที่แท้จริง และควรใช้เส้นคดเคี้ยวด้วยความระมัดระวัง