Upang maunawaan ang serpentine line, pag-usapan natin PCB routing muna. Mukhang hindi na kailangang ipakilala ang konseptong ito. Hindi ba araw-araw gumagawa ng wiring work ang hardware engineer? Ang bawat bakas sa PCB ay isa-isang inilabas ng hardware engineer. Ano ang masasabi? Sa katunayan, ang simpleng pagruruta na ito ay naglalaman din ng maraming puntos ng kaalaman na karaniwan naming binabalewala. Halimbawa, ang konsepto ng microstrip line at stripline. Sa madaling salita, ang microstrip line ay ang trace na tumatakbo sa ibabaw ng PCB board, at ang stripline ay ang trace na tumatakbo sa panloob na layer ng PCB. Ano ang pagkakaiba ng dalawang linyang ito?

Ang reference plane ng microstrip line ay ang ground plane ng inner layer ng PCB, at ang kabilang panig ng trace ay nakalantad sa hangin, na nagiging sanhi ng dielectric constant sa paligid ng trace na hindi pare-pareho. Halimbawa, ang dielectric constant ng aming karaniwang ginagamit na FR4 substrate ay Around 4.2, ang dielectric constant ng hangin ay 1. May mga reference plane sa parehong upper at lower side ng strip line, ang buong trace ay naka-embed sa PCB substrate, at ang dielectric na pare-pareho sa paligid ng bakas ay pareho. Ito rin ay nagiging sanhi ng TEM wave na maipadala sa strip line, habang ang quasi-TEM wave ay ipinapadala sa microstrip line. Bakit ito ay isang quasi-TEM wave? Iyon ay dahil sa phase mismatch sa interface sa pagitan ng hangin at ng PCB substrate. Ano ang TEM wave? Kung maghuhukay ka ng mas malalim sa isyung ito, hindi mo ito matatapos sa loob ng sampu at kalahating buwan.

To make a long story short, ito man ay microstrip line o stripline, ang kanilang tungkulin ay walang iba kundi ang magdala ng signal, digital signal man o analog signal. Ang mga signal na ito ay ipinapadala sa anyo ng mga electromagnetic wave mula sa isang dulo hanggang sa isa sa bakas. Dahil ito ay isang alon, dapat mayroong bilis. Ano ang bilis ng signal sa PCB trace? Ayon sa pagkakaiba sa dielectric constant, iba rin ang bilis. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa hangin ay ang kilalang bilis ng liwanag. Ang bilis ng pagpapalaganap sa ibang media ay dapat kalkulahin ng sumusunod na formula:

V=C/Er0.5

Kabilang sa mga ito, ang V ay ang bilis ng pagpapalaganap sa daluyan, ang C ay ang bilis ng liwanag, at ang Er ay ang dielectric na pare-pareho ng daluyan. Sa pamamagitan ng formula na ito, madali nating makalkula ang bilis ng paghahatid ng signal sa PCB trace. Halimbawa, dinadala lang namin ang dielectric constant ng FR4 base material sa formula upang kalkulahin ito, iyon ay, ang bilis ng paghahatid ng signal sa FR4 base material ay kalahati ng bilis ng liwanag. Gayunpaman, dahil ang kalahati ng linya ng microstrip na sinusubaybayan sa ibabaw ay nasa hangin at kalahati sa substrate, ang dielectric constant ay bahagyang mababawasan, kaya ang bilis ng paghahatid ay bahagyang mas mabilis kaysa sa strip line. Ang karaniwang ginagamit na empirical data ay ang trace delay ng microstrip line ay humigit-kumulang 140ps/inch, at ang trace delay ng stripline ay humigit-kumulang 166ps/inch.

Gaya ng sinabi ko kanina, isa lang ang purpose, ibig sabihin, delayed ang signal transmission sa PCB! Ibig sabihin, ang signal ay hindi ipinadala sa kabilang pin sa pamamagitan ng mga kable sa isang iglap pagkatapos maipadala ang isang pin. Kahit na ang bilis ng paghahatid ng signal ay napakabilis, hangga’t ang haba ng bakas ay sapat na mahaba, makakaapekto pa rin ito sa paghahatid ng signal. Halimbawa, para sa isang 1GHz signal, ang panahon ay 1ns, at ang oras ng tumataas o bumabagsak na gilid ay humigit-kumulang isang-sampung bahagi ng panahon, pagkatapos ito ay 100ps. Kung ang haba ng aming bakas ay lumampas sa 1 pulgada (humigit-kumulang 2.54 cm), ang pagkaantala sa paghahatid ay higit pa sa tumataas na gilid. Kung ang bakas ay lumampas sa 8 pulgada (humigit-kumulang 20 cm), ang pagkaantala ay magiging isang buong ikot!

Malaki pala ang impact ng PCB, karaniwan na sa mga board natin na may higit sa 1inch na bakas. Makakaapekto ba ang pagkaantala sa normal na operasyon ng board? Kung titingnan ang aktwal na sistema, kung ito ay isang senyales lamang at hindi mo nais na patayin ang iba pang mga signal, kung gayon ang pagkaantala ay tila walang epekto. Gayunpaman, sa isang high-speed system, ang pagkaantala na ito ay talagang magkakabisa. Halimbawa, ang aming mga karaniwang memory particle ay konektado sa anyo ng isang bus, na may mga linya ng data, mga linya ng address, mga orasan, at mga linya ng kontrol. Tingnan ang aming video interface. Gaano man karaming mga channel ang HDMI o DVI, maglalaman ito ng mga channel ng data at mga channel ng orasan. O ilang mga protocol ng bus, na lahat ay sabay-sabay na paghahatid ng data at orasan. Pagkatapos, sa isang aktwal na high-speed system, ang mga signal ng orasan at data signal na ito ay sabay-sabay na ipinadala mula sa pangunahing chip. Kung ang aming disenyo ng bakas ng PCB ay hindi maganda, ang haba ng signal ng orasan at ang signal ng data ay ibang-iba. Madaling magdulot ng maling sampling ng data, at pagkatapos ay hindi gagana nang normal ang buong system.

Ano ang dapat nating gawin upang malutas ang problemang ito? Naturally, iisipin natin na kung ang mga short-length na bakas ay pahabain upang ang mga haba ng bakas ng parehong grupo ay pareho, kung gayon ang pagkaantala ay magiging pareho? Paano pahabain ang mga kable? Umikot ka! Bingo! Hindi madaling bumalik sa paksa. Ito ang pangunahing function ng serpentine line sa high-speed system. Paikot-ikot, pantay na haba. Ganun kasimple. Ang serpentine line ay ginagamit upang paikot-ikot ang pantay na haba. Sa pamamagitan ng pagguhit ng serpentine line, maaari nating gawin ang parehong grupo ng mga signal na magkaroon ng parehong haba, upang pagkatapos na matanggap ng receiving chip ang signal, ang data ay hindi dulot ng iba’t ibang mga pagkaantala sa PCB trace. Maling pagpili. Ang serpentine line ay kapareho ng mga bakas sa iba pang mga PCB board.

Ginagamit ang mga ito upang ikonekta ang mga signal, ngunit mas mahaba ang mga ito at wala nito. Kaya ang serpentine line ay hindi malalim at hindi masyadong kumplikado. Dahil ito ay kapareho ng iba pang mga kable, ang ilang karaniwang ginagamit na mga panuntunan sa mga kable ay naaangkop din sa mga linya ng serpentine. Kasabay nito, dahil sa espesyal na istraktura ng mga linya ng serpentine, dapat mong bigyang pansin ito kapag ang mga kable. Halimbawa, subukang panatilihing magkatulad ang mga serpentine lines sa isa’t isa nang mas malayo. Mas maikli, ibig sabihin, umikot sa isang malaking liko sabi nga ng kasabihan, huwag masyadong siksik at masyadong maliit sa maliit na lugar.

Ang lahat ng ito ay nakakatulong upang mabawasan ang pagkagambala ng signal. Ang serpentine line ay magkakaroon ng masamang impluwensya sa signal dahil sa artipisyal na pagtaas ng haba ng linya, kaya hangga’t maaari nitong matugunan ang mga kinakailangan sa oras sa system, huwag gamitin ito. Ang ilang mga inhinyero ay gumagamit ng DDR o high-speed na mga signal upang gawing pantay ang haba ng buong grupo. Ang mga serpentine lines ay lumilipad sa buong board. Mukhang ito ay mas mahusay na mga kable. Sa katunayan, ito ay tamad at iresponsable. Maraming mga lugar na hindi kailangang sugat ay sugat, na nag-aaksaya sa lugar ng board, at binabawasan din ang kalidad ng signal. Dapat nating kalkulahin ang pagkaantala ng redundancy ayon sa aktwal na mga kinakailangan sa bilis ng signal, upang matukoy ang mga tuntunin ng mga wiring ng board.

Bilang karagdagan sa pag-andar ng pantay na haba, maraming iba pang mga pag-andar ng linya ng serpentine ay madalas na binanggit sa mga artikulo sa Internet, kaya’t tatalakayin ko rin ito sa madaling sabi dito.

1. Isa sa mga salita na madalas kong nakikita ay ang papel ng pagtutugma ng impedance. Ang pahayag na ito ay lubhang kakaiba. Ang impedance ng PCB trace ay nauugnay sa lapad ng linya, ang dielectric constant, at ang distansya ng reference plane. Kailan ito nauugnay sa serpentine line? Kailan nakakaapekto ang hugis ng bakas sa impedance? Hindi ko alam kung saan nanggaling ang pahayag na ito.

2. ito rin daw ang tungkulin ng pagsasala. Ang function na ito ay hindi masasabing wala, ngunit dapat ay walang filtering function sa mga digital circuit o hindi namin kailangang gamitin ang function na ito sa mga digital circuit. Sa radio frequency circuit, ang serpentine trace ay maaaring bumuo ng LC circuit. Kung mayroon itong epekto sa pag-filter sa isang partikular na signal ng dalas, ito ay nakaraan pa rin.

3. Pagtanggap ng antenna. Ito ay maaaring. Makikita natin ang epektong ito sa ilang mobile phone o radyo. Ang ilang mga antenna ay ginawa gamit ang mga bakas ng PCB.

4. Inductance. Ito ay maaaring. Ang lahat ng mga bakas sa PCB ay orihinal na mayroong parasitic inductance. Ito ay matamo na gumawa ng ilang PCB inductors.

5. Piyus. Ang epektong ito ay naguguluhan sa akin. Paano gumagana ang maikli at makitid na serpentine wire bilang isang fuse? Nasusunog kapag mataas ang agos? Ang board ay hindi na-scrap, masyadong mataas ang presyo ng fuse na ito, hindi ko talaga alam kung anong uri ng aplikasyon ang gagamitin.

Sa pamamagitan ng pagpapakilala sa itaas, maaari nating linawin na sa mga analog o radio frequency circuit, ang mga linya ng serpentine ay may ilang mga espesyal na pag-andar, na tinutukoy ng mga katangian ng mga linya ng microstrip. Sa digital circuit design, ang serpentine line ay ginagamit para sa pantay na haba upang makamit ang timing matching. Bilang karagdagan, ang serpentine line ay makakaapekto sa kalidad ng signal, kaya ang mga kinakailangan ng system ay dapat na linawin sa system, ang system redundancy ay dapat kalkulahin ayon sa aktwal na mga kinakailangan, at ang serpentine line ay dapat gamitin nang may pag-iingat.