Elektronisches Design - Was sind die Anwendungen von Serpentinenleitungen im Leiterplattendesign?

Bei der Planung von Leiterplattenzeichnungen sehen Sie oft Leute, die Fragen über die Serpentinenlinie stellen. Normalerweise sind die Orte, an denen wir die Serpentinen-Linien sehen können, meistens High-Speed-High-Density-Bretter, wie die Bretter mit Serpentinen-Linien sind High-End, und es ist ein Meister, der weiß, wie man Serpentinen-Linien zeichnet. Es gibt auch viele Artikel über schlangenförmige Linien im Internet, und ich habe immer das Gefühl, dass der Inhalt einiger Beiträge Neulinge täuschen, Verwirrung bei den Menschen verursachen und einige künstliche Hindernisse schaffen wird. Werfen wir also einen Blick auf die praktische Anwendung der seitlichen Schlangenlinie.

Analysieren Sie, was die Anwendungen von Serpentinenleitungen im PCB-Leiterplattendesign sind

Um die Serpentinenlinie zu verstehen, sprechen wir zuerst über PCB-Routing. Dieses Konzept scheint nicht eingeführt zu werden. Die Unannehmlichkeiten, die Hardware-Ingenieure jeden Tag machen, sind Verdrahtungsarbeiten. Jede Spur auf der Leiterplatte wird einzeln vom Hardware-Ingenieur gezeichnet. Was können wir sagen? Tatsächlich enthält diese einfache Spur auch viele Wissenspunkte, die wir normalerweise übersehen. Zum Beispiel das Konzept der Microstrip Linie und Stripline. Kurz gesagt ist die Microstrip-Linie die Spur, die auf der Oberfläche der Leiterplatte verläuft, und die Stripline ist die Spur, die auf der inneren Schicht der Leiterplatte verläuft. Was ist der Unterschied zwischen diesen beiden Linien? Die Bezugsebene der Mikrostreifenlinie ist die Masseebene der inneren Schicht der Leiterplatte, und die andere Seite der Leiterbahn wird der Luft ausgesetzt, so dass die dielektrische Konstante um die Leiterbahn nicht dieselbe ist. Zum Beispiel beträgt die dielektrische Konstante unseres häufig verwendeten FR4-Substrats etwa 4.2 und die dielektrische Konstante der Luft ist 1. Auf der Ober- und Unterseite der Streifenlinie befinden sich Bezugsebenen. Die gesamte Spur ist in der Nähe des PCB-Substrats eingebettet, und die dielektrische Konstante um die Spur ist die gleiche. Dies stellt auch die Übertragung von TEM-Wellen auf der Streifenlinie und die Übertragung von Quasi-TEM-Wellen auf der Mikrostreifenlinie dar. Warum ist es eine quasi-TEM-Welle? Es wird durch die Phasenabweichung an der Schnittstelle zwischen Luft und Leiterplattensubstrat verursacht. Was ist TEM-Welle? Wenn wir uns eingehender mit diesem Thema befassen, werden wir es in zehneinhalb Monaten nicht beenden können. Um es kurz zu machen, ob es sich um eine Microstrip-Linie oder eine Stripline handelt, ihre Wirkung ist nichts anderes als das Tragen von Signalen, ob digitale Signale oder analoge Signale. Diese Signale werden in Form von elektromagnetischen Wellen von einem Ende zum anderen in der Spur übertragen. Da es eine Welle ist, muss es Geschwindigkeit geben. Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Signals auf der Leiterplatte-Spur? Je nach Differenz der Dielektrizitätskonstante ist auch die Drehzahl unterschiedlich.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in der Luft ist die bekannte Lichtgeschwindigkeit. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in anderen Medien ist nach folgender Formel zu berechnen:

V=C/Er0,5

In der Zwischenzeit ist V die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium, C die Lichtgeschwindigkeit und Er die dielektrische Konstante des Mediums. Durch diese Formel können wir leicht die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals auf der Leiterplatte berechnen. Zum Beispiel nehmen wir einfach die Dielektrizitätskonstante des FR4-Substrats in die Formelberechnung mit, was bedeutet, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals im FR4-Substrat die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Für die Mikrostreifenlinie auf der Oberflächenschicht wird die Dielektrizitätskonstante jedoch etwas reduziert, da sich die Hälfte in der Luft und die Hälfte im Substrat befindet. Die allgemein verwendeten empirischen Daten sind, dass die Spurenverzögerung der Mikrostreifenlinie etwa 140ps/inch und die Spurenverzögerung der Stripline etwa 166ps/inch beträgt.

Wie oben erwähnt, gibt es nur einen Zweck, das heißt, die Übertragung des Signals auf der Leiterplatte wird verzögert! Mit anderen Worten, das Signal wird nicht im Handumdrehen von einem Pin zum anderen durch die Spur übertragen. Obwohl die Signalübertragungsgeschwindigkeit sehr schnell ist, so lange die Spurenlänge lang genug ist, beeinflusst sie immer noch die Signalübertragung. Zum Beispiel für ein 1GHz-Signal ist die Periode 1ns, und die Zeit der steigenden oder fallenden Kante beträgt etwa ein Zehntel der Periode, dann ist es 100ps. Wenn die Länge unserer Spur 1 Zoll übersteigt (ca. 2,54 cm), dann ist die Verzögerung der Übertragung mehr als eine steigende Kante. Wenn die Spur 8 Zoll übersteigt (ca. 20 cm), dann kann die Verzögerung ein voller Zyklus sein! Es stellt sich heraus, dass PCB einen so großen Einfluss hat, dass es sehr üblich ist, dass unsere Boards mehr als 1inch Spuren haben. Wird sich die Verzögerung also auf die normale Arbeit des Boards auswirken? Wenn man sich das Übungssystem anschaut, wenn es nur ein Signal gibt und andere Signale nicht geschlossen werden wollen, dann scheint die Verzögerung keine Wirkung zu haben. Im Hochgeschwindigkeitssystem wird diese Verzögerung jedoch eine echte Wirkung haben.

Beispielsweise sind unsere gemeinsamen Speicherpartikel in Form eines Buses mit Datenleitungen, Adressleitungen, Uhren und Steuerleitungen verbunden. Schauen wir uns noch einmal unser Video-Interface an. Egal, wie viele Kanäle HDMI oder DVI sind, sie umfassen Datenkanäle und Taktkanäle. Vielleicht ist es irgendein Busprotokoll, das alle synchrone Übertragung von Daten und Uhr sind. Im praktischen Hochgeschwindigkeitssystem werden dann diese Takt- und Datensignale synchron vom Hauptplatin gesendet. Wenn unser PCB-Layout schlecht ist, ist die Länge des Taktsignals und des Datensignals sehr unterschiedlich. Es ist leicht, eine falsche Stichprobe von Daten zu erstellen, und dann wird das gesamte System nicht richtig funktionieren. Was sollten wir tun, um dieses Problem zu lösen? Natürlich würden wir daran denken, die kurzen Spuren so zu verlängern, dass die Länge der Spuren in derselben Gruppe ähnlich ist, dann wird die Verzögerung die gleiche sein? Wie kann man dann die Spuren verlängern? Bingo! Schließlich ist es nicht einfach, zum Thema zurückzukehren. Dies ist der primäre Effekt der Serpentinenlinie im Hochgeschwindigkeitssystem. Wickeln, gleich lang. Es ist so einfach. Die Schlangenlinie wird verwendet, um die gleiche Länge aufzuwinden. Nachdem wir die Serpentinenlinie gezogen haben, können wir die gleiche Länge der gleichen Gruppe von Signalen erreichen, so dass, nachdem das Signal vom Chip empfangen wurde, es aufgrund der Leiterplattenspuren keine unterschiedlichen Verzögerungen gibt. Die Zusammensetzungsdaten werden fälschlicherweise erhoben. Die Serpentine-Linie ist die gleiche wie die Leiterbahnen auf anderen Leiterplatten. Sie werden verwendet, um Signale zu verbinden. Die Schlangenlinie ist also nicht tief und nicht zu kompliziert.

Da sie mit anderen Leiterbahnen identisch ist, gelten einige häufig verwendete Verdrahtungsregeln auch für Serpentinenleitungen. Gleichzeitig sollten Sie aufgrund der speziellen Struktur von Serpentinenleitungen bei der Verkabelung darauf achten. Versuchen Sie zum Beispiel, die Serpentinenleitungen weiter parallel zueinander zu halten. Kürzer, so lautet das alte Sprichwort, geht um eine große Kurve, geht nicht zu dicht und zu klein in einem kleinen Bereich. Dies alles hilft, Signalstörungen zu reduzieren. Die Schlangenleitung muss aufgrund der künstlichen Zunahme der Leitungslänge einen schlechten Einfluss auf das Signal haben, so lange sie die Zeitanforderungen im System erfüllen kann, verwenden Sie sie nicht, wenn sie nicht benötigt wird. Einige Ingenieure verwenden DDR- oder Hochgeschwindigkeitssignale, um die gesamte Gruppe gleich lang zu machen, und die schlangenförmigen Linien fliegen über das gesamte Board. Es scheint, dass dies eine bessere Verkabelung ist. In der Praxis ist dies eine Manifestation der Leerlaufzeit und unverantwortlich. Viele Stellen, die nicht aufgewickelt werden müssen, werden gewickelt, was nicht nur die Fläche der Platine verschwendet, sondern auch die Signalqualität verringert. Wir sollten die verzögerte Redundanz basierend auf den tatsächlichen Anforderungen an die Signalgeschwindigkeit berechnen und dann die Verdrahtungsregeln der Leiterplatte festlegen.

Neben dem Effekt von gleicher Länge habe ich mehrere andere Effekte der Schlangenlinie gesehen, die oft in Artikeln im Internet erwähnt werden. Hier ist auch eine kurze Einführung.

1.Ein allgemein gesehenes Argument ist der Effekt der Impedanzanpassung. Dieses Argument ist sehr seltsam. Die Impedanz von Leiterplatten-Leiterbahnen hängt mit der Linienbreite, der Dielektrizitätskonstante und dem Abstand der Referenzebene zusammen. Wann ist es mit der Schlangenlinie verwandt?? Wann beeinflusst die Form der Spur die Impedanz? Ich weiß nicht, woher diese Aussage stammt.

2.Es gibt auch einen Filtereffekt. Dieser Effekt kann nicht als abwesend bezeichnet werden, aber es sollte keinen Filtereffekt in digitalen Schaltungen geben. Vielleicht brauchen wir diese Funktion nicht in digitalen Schaltungen zu verwenden. In der Hochfrequenzschaltung kann die Serpentinenspur einen LC-Schaltkreis bilden. Wenn es eine Filterwirkung auf das Signal einer bestimmten Frequenz hat, ist es immer noch Vergangenheit.

3.Inductance, dies kann sein. Alle Spuren auf der ursprünglichen Leiterplatte haben parasitäre Induktivität. Es ist möglich, einige PCB-Induktoren zu machen.

4.Akzeptieren Sie die Antenne, das kann sein. Wir können diesen Effekt auf einigen Mobiltelefonen oder Radios sehen. Einige Antennen sind mit Leiterplatten-Leiterbahnen hergestellt.

5.Fuse, dieser Effekt macht mich verwirrt. Wie wirkt der kurze und schmale Schlangendraht wie eine Sicherung? Wenn die Strömung groß ist, wird sie blasen? Das Brett ist nicht nutzlos. Der Preis für diese Sicherung ist zu hoch. Ich verstehe wirklich nicht, in welcher Art von Anwendung es verwendet wird.

Nach der obigen Einführung können wir klar verstehen, dass die Serpentinenleitung einige Spezialeffekte in der Nähe der analogen oder HF-Leiterplatte hat, die durch die Eigenschaften der Mikrostreifenleitung bestimmt wird. In der digitalen Schaltungsplanung wird die Serpentinenlinie verwendet, um den Timing-Matching-Effekt von gleicher Länge abzuschließen. Darüber hinaus hat die Serpentinenleitung einen Einfluss auf die Signalqualität, so dass die Systemanforderungen im System klar sein sollten, die Systemredundanz sollte nach praktischen Anforderungen berechnet werden, und die Serpentinenleitung sollte vorsichtig verwendet werden.