Serpantin chizig’ini tushunish uchun keling, gaplashaylik PCB birinchi navbatda marshrutlash. Bu kontseptsiyani kiritish kerak emasga o’xshaydi. Texnika muhandisi har kuni simlarni o’rnatish ishlarini qilmayaptimi? PCBdagi har bir iz apparat muhandisi tomonidan birma-bir chiziladi. Nima deyish mumkin? Darhaqiqat, ushbu oddiy marshrutda biz odatda e’tiborsiz qoldiradigan juda ko’p bilim nuqtalari mavjud. Masalan, mikrotasma chiziq va chiziqli chiziq tushunchasi. Oddiy qilib aytganda, mikrotasma chizig’i PCB platasi yuzasida o’tadigan iz, chiziq chizig’i esa tenglikni ichki qatlamida ishlaydigan izdir. Bu ikki qator o’rtasidagi farq nima?

Mikrotasma chizig’ining mos yozuvlar tekisligi PCB ning ichki qatlamining zamin tekisligi bo’lib, izning boshqa tomoni havoga ta’sir qiladi, bu esa iz atrofidagi dielektrik doimiyning mos kelmasligiga olib keladi. Misol uchun, bizning tez-tez ishlatib turadigan FR4 substratimizning dielektrik o’tkazuvchanligi 4.2 atrofida, havoning dielektrik o’tkazuvchanligi 1 ga teng. Ip chizig’ining yuqori va pastki tomonlarida mos yozuvlar tekisliklari mavjud, butun iz PCB substratiga ko’milgan, va iz atrofidagi dielektrik doimiy bir xil bo’ladi. Bu shuningdek, TEM to’lqinining chiziq chizig’ida uzatilishiga olib keladi, kvazi-TEM to’lqini esa mikrotasma chizig’ida uzatiladi. Nima uchun bu kvazi-TEM to’lqini? Bu havo va PCB substrati o’rtasidagi interfeysdagi fazalarning mos kelmasligi bilan bog’liq. TEM to’lqini nima? Bu masalani chuqurroq o‘rgansangiz, o‘n yarim oyda tugatolmaysiz.

Qisqacha aytganda, mikrochiziq yoki chiziq chizig’i bo’ladimi, ularning roli raqamli signallar yoki analog signallar bo’ladimi, signallarni tashishdan boshqa narsa emas. Bu signallar elektromagnit to’lqinlar ko’rinishida izda bir uchidan ikkinchisiga uzatiladi. Bu to’lqin bo’lgani uchun tezlik bo’lishi kerak. PCB izidagi signal tezligi qanday? Dielektrik o’tkazuvchanlik farqiga ko’ra, tezlik ham farq qiladi. Elektromagnit to’lqinlarning havoda tarqalish tezligi yorug’likning hammaga ma’lum tezligidir. Boshqa muhitda tarqalish tezligini quyidagi formula bilan hisoblash kerak:

V=C/Er0.5

Ular orasida V – muhitda tarqalish tezligi, C – yorug’lik tezligi, Er – muhitning dielektrik o’tkazuvchanligi. Ushbu formula orqali biz PCB izidagi signalning uzatish tezligini osongina hisoblashimiz mumkin. Misol uchun, biz FR4 asosiy materialining dielektrik o’tkazuvchanligini hisoblash uchun oddiygina formulaga olamiz, ya’ni FR4 asosiy materialidagi signalning uzatish tezligi yorug’lik tezligining yarmiga teng. Biroq, sirtda kuzatilgan mikrotasma chizig’ining yarmi havoda va yarmi substratda bo’lganligi sababli, dielektrik o’tkazuvchanlik biroz kamayadi, shuning uchun uzatish tezligi chiziq chizig’idan bir oz tezroq bo’ladi. Tez-tez ishlatiladigan empirik ma’lumotlar shundan iboratki, mikrotasma chizig’ining iz kechikishi taxminan 140ps / dyuymni tashkil qiladi va chiziq chizig’ining kuzatuv kechikishi taxminan 166ps / dyuymni tashkil qiladi.

Yuqorida aytganimdek, faqat bitta maqsad bor, ya’ni PCBda signal uzatish kechiktiriladi! Ya’ni, signal bir pin yuborilgandan keyin bir zumda simlar orqali boshqa pinga uzatilmaydi. Signal uzatish tezligi juda tez bo’lsa-da, iz uzunligi etarlicha uzun bo’lsa ham, u signal uzatilishiga ta’sir qiladi. Misol uchun, 1 gigagertsli signal uchun davr 1ns, va ko’tarilgan yoki pasaygan chekka vaqti davrning o’ndan bir qismini tashkil qiladi, keyin u 100ps. Agar bizning izimizning uzunligi 1 dyuymdan (taxminan 2.54 sm) oshsa, u holda uzatish kechikishi ko’tarilgan chetidan ko’proq bo’ladi. Agar iz 8 dyuymdan (taxminan 20 sm) oshsa, unda kechikish to’liq tsikl bo’ladi!

Ma’lum bo’lishicha, PCB juda katta ta’sirga ega, bizning taxtalarimiz uchun 1 dyuymdan ortiq izlarga ega bo’lish juda keng tarqalgan. Kechikish kengashning normal ishlashiga ta’sir qiladimi? Haqiqiy tizimga qaraganda, agar bu shunchaki signal bo’lsa va siz boshqa signallarni o’chirishni xohlamasangiz, kechikish hech qanday ta’sir ko’rsatmaydi. Biroq, yuqori tezlikda ishlaydigan tizimda bu kechikish aslida kuchga kiradi. Misol uchun, bizning umumiy xotira zarralarimiz ma’lumotlar liniyalari, manzil satrlari, soatlar va boshqaruv chiziqlari bilan avtobus shaklida bog’langan. Video interfeysimizni ko’rib chiqing. Qancha kanal HDMI yoki DVI bo’lishidan qat’i nazar, u ma’lumot kanallari va soat kanallarini o’z ichiga oladi. Yoki ba’zi avtobus protokollari, ularning barchasi ma’lumotlar va soatning sinxron uzatilishi. Keyinchalik, haqiqiy yuqori tezlikda ishlaydigan tizimda bu soat signallari va ma’lumotlar signallari asosiy chipdan sinxron ravishda yuboriladi. Agar bizning PCB iz dizaynimiz yomon bo’lsa, soat signalining uzunligi va ma’lumotlar signali juda farq qiladi. Ma’lumotlarning noto’g’ri tanlanishiga olib kelishi oson, keyin butun tizim normal ishlamaydi.

Bu muammoni hal qilish uchun nima qilishimiz kerak? Tabiiyki, agar qisqa uzunlikdagi izlar bir xil guruhning iz uzunliklari bir xil bo’lishi uchun uzaytirilsa, kechikish bir xil bo’ladi deb o’ylaymiz? Elektr simlarini qanday uzaytirish mumkin? Aylanib yuring! Bingo! Nihoyat mavzuga qaytish oson emas. Bu yuqori tezlikda ishlaydigan tizimdagi serpantin chizig’ining asosiy vazifasidir. O’rash, teng uzunlik. Bu juda oddiy. Serpantin chizig’i teng uzunlikdagi shamol uchun ishlatiladi. Serpantin chizig’ini chizish orqali biz bir xil guruh signallarini bir xil uzunlikka ega qilishimiz mumkin, shuning uchun qabul qiluvchi chip signalni qabul qilgandan so’ng, ma’lumotlar PCB izidagi turli kechikishlar tufayli yuzaga kelmaydi. Noto’g’ri tanlov. Serpantin chizig’i boshqa PCB platalaridagi izlar bilan bir xil.

Ular signallarni ulash uchun ishlatiladi, lekin ular uzoqroq va ular yo’q. Shunday qilib, serpantin chizig’i chuqur emas va juda murakkab emas. Boshqa simlar bilan bir xil bo’lgani uchun, ba’zi tez-tez ishlatiladigan simlarni ulash qoidalari serpantin chiziqlariga ham tegishli. Shu bilan birga, serpantin liniyalarining maxsus tuzilishi tufayli siz simlarni ulashda unga e’tibor berishingiz kerak. Misol uchun, serpantin chiziqlarini bir-biriga parallel ravishda uzoqroq tutishga harakat qiling. Qisqaroq, ya’ni katta burilishni aylanib o’ting, deganlaridek, kichik maydonda juda zich va juda kichik bo’lmang.

Bularning barchasi signal shovqinini kamaytirishga yordam beradi. Serpantin chizig’i chiziq uzunligini sun’iy ravishda oshirish tufayli signalga yomon ta’sir qiladi, shuning uchun u tizimdagi vaqt talablariga javob bersa, undan foydalanmang. Ba’zi muhandislar butun guruhni teng uzunlikka aylantirish uchun DDR yoki yuqori tezlikdagi signallardan foydalanadilar. Serpantin chiziqlari butun taxta bo’ylab uchadi. Ko’rinib turibdiki, bu yaxshiroq simi. Aslida, bu dangasa va mas’uliyatsizlikdir. Yaralanishi kerak bo’lmagan ko’plab joylar yaralanadi, bu esa taxtaning maydonini yo’qotadi va signal sifatini pasaytiradi. Kengashning simlarini ulash qoidalarini aniqlash uchun biz kechikishning ortiqchaligini haqiqiy signal tezligi talablariga muvofiq hisoblashimiz kerak.

Teng uzunlik funktsiyasidan tashqari, serpantin chizig’ining bir nechta boshqa funktsiyalari Internetdagi maqolalarda tez-tez eslatib o’tiladi, shuning uchun men bu erda ham bu haqda qisqacha gapirib beraman.

1. Men tez-tez ko’rgan so’zlardan biri bu impedans moslashuvining roli. Bu bayonot juda g’alati. PCB izining empedansi chiziq kengligi, dielektrik o’tkazuvchanligi va mos yozuvlar tekisligining masofasi bilan bog’liq. Bu serpantin chizig’i bilan qachon bog’liq? Qachon izning shakli impedansga ta’sir qiladi? Bu gapning manbasi qayerdan kelganini bilmayman.

2. filtrlash vazifasi ekanligi ham aytiladi. Bu funksiyani yo‘q deb bo‘lmaydi, lekin raqamli sxemalarda filtrlash funksiyasi bo‘lmasligi kerak yoki bu funksiyani raqamli sxemalarda ishlatishimiz shart emas. Radiochastota pallasida serpantin izi LC sxemasini hosil qilishi mumkin. Agar u ma’lum bir chastota signalida filtrlash ta’siriga ega bo’lsa, u hali ham o’tmishdir.

3. Qabul qiluvchi antenna. Bu bo’lishi mumkin. Biz bu ta’sirni ba’zi mobil telefonlar yoki radiolarda ko’rishimiz mumkin. Ba’zi antennalar PCB izlari bilan yaratilgan.

4. Induktivlik. Bu bo’lishi mumkin. PCB dagi barcha izlar dastlab parazit induktivlikka ega. Ba’zi PCB induktorlarini qilish mumkin.

5. Sug’urta. Bu ta’sir meni hayratda qoldiradi. Qisqa va tor serpantin sim qanday qilib sug’urta vazifasini bajaradi? Oqim yuqori bo’lganda yonib ketadimi? Kengash parchalanmagan, bu sug’urta narxi juda yuqori, men u qanday dasturda ishlatilishini bilmayman.

Yuqoridagi muqaddima orqali biz analog yoki radiochastota zanjirlarida serpantinli liniyalar mikrochiziq liniyalarining xususiyatlari bilan belgilanadigan ba’zi maxsus funktsiyalarga ega ekanligini aniqlashtirishimiz mumkin. Raqamli elektron dizaynda, vaqtni moslashtirishga erishish uchun serpantin chizig’i teng uzunlik uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, serpantin chizig’i signal sifatiga ta’sir qiladi, shuning uchun tizim talablari tizimda aniqlanishi kerak, tizimning ortiqcha miqdori haqiqiy talablarga muvofiq hisoblab chiqilishi kerak va serpantin chizig’idan ehtiyotkorlik bilan foydalanish kerak.