Elektronisches Design - Die Anwendung der Serpentine Linie im PCB Design

Bei der Planung von Leiterplattenzeichnungen, Sie werden oft Leute sehen, die Fragen über die Schlangenlinie stellen. Normalerweise, Die Orte, an denen wir die Serpentinen Linien sehen können, sind meistens High-Speed High-Density Boards, wie die Bretter mit Serpentine Linien sind mehr High-End, Und es ist ein Meister, der weiß, wie man Schlangenlinien zeichnet. Es gibt auch viele Artikel über schlangenförmige Linien im Internet, Und ich habe immer das Gefühl, dass der Inhalt einiger Beiträge Neulinge irreführen wird, Verwirrung bei den Menschen verursachen, und künstliche Hindernisse schaffen. 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 kann man 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, Die Dielektrizitätskonstante unseres häufig verwendeten FR4-Substrats beträgt ca. 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 dar, und die Übertragung von quasi-TEM-Wellen auf der Microstrip-Linie. Warum ist es eine quasi-TEM Welle? Es wird durch die Phasenabweichung an der Schnittstelle zwischen Luft und PCB-Substrat verursacht. Was ist TEM Welle? ... Wenn wir tiefer in diese Frage graben, wir werden nicht in zehneinhalb Monaten fertig sein. Um eine lange Geschichte kurz zu machen, ob es sich um eine Mikrostreifenlinie oder eine Streifenlinie handelt, Ihre Wirkung ist nichts anderes als das Tragen von Signalen, ob digitale 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, es muss Geschwindigkeit geben. Was ist die Geschwindigkeit des Signals auf dem Leiterplattenverfolgung? Abhängig von der Differenz der dielektrischen Konstante, die Geschwindigkeit ist auch anders. 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/Zoll und die Spurenverzögerung der Stripline etwa 166ps/Zoll 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 wirkt sich diese Verzögerung jedoch tatsächlich aus.

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 denken, wenn die kurzen Spuren verlängert werden, so 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. Der Serpentinendraht ist der gleiche wie die Drähte auf anderen Leiterplatten. Sie werden verwendet, um das Signal zu verbinden. Sie gehen einfach länger und haben es nicht. 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 Schlangenlinien bei der Verdrahtung darauf achten. Versuchen Sie zum Beispiel, die Schlangenlinien 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 von Müßiggang und Verantwortungslosigkeit. Viele Stellen, die nicht verdrahtet werden müssen, werden gewickelt, was nicht nur den Bereich 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 häufig 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. Im Hochfrequenzkreis kann die Serpentinenspur einen LC-Schaltkreis bilden. Hat es eine Filterwirkung auf das Signal einer bestimmten Frequenz, ist es immer noch Vergangenheit.

3. Induktivität, das kann sein. Alle Spuren auf der originalen Leiterplatte haben parasitäre Induktivität. Es ist möglich, einige zu tun Leiterplattenduktivitäten.

4. Nehmen Sie die Antenne an, dies 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 Hochfrequenzschaltung hat, die durch die Eigenschaften der Mikrostreifenleitung bestimmt wird. In der digitalen Schaltungsplanung wird die Serpentine-Linie verwendet, um den Timing-Matching-Effekt von gleicher Länge abzuschließen. Darüber hinaus wird die Serpentinenleitung Auswirkungen auf die Signalqualität haben, so dass die Systemanforderungen im System klar sein sollten, die Systemredundanz nach praktischen Anforderungen berechnet werden sollte, und die Serpentinenleitung sollte vorsichtig verwendet werden.