Leiterplattentechnisch - Vorsicht: Sprechen wir über die Rolle des Serpentinenfadens

Man sieht oft Leute, die die schlangenförmige Frage stellen. Normalerweise können wir die Serpentinenlinien an Orten sehen, wo die meisten von ihnen High-Speed High-Density-Boards sind. Es scheint, dass die Bretter mit Serpentinenlinien fortgeschrittener sind. Wenn du Schlangenlinien zeichnen kannst, bist du ein Meister. 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 darauf, was die Serpentinenlinie in der Praxis tut.

Um die Serpentinenlinie zu verstehen, sprechen wir zuerst über PCB-Routing. Dieses Konzept scheint nicht eingeführt zu werden. Macht der Hardware-Ingenieur nicht jeden Tag 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 ignorieren. Zum Beispiel das Konzept der Microstrip Linie und Stripline. Einfach ausgedrückt 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 PCB-Innenschicht, und die andere Seite der Spur ist der Luft ausgesetzt, was dazu führt, dass die dielektrische Konstante um die Spur inkonsistent ist, wie z. B. die dielektrische Konstante unseres häufig verwendeten FR4-Substrats ist etwa 4.2, und die dielektrische Konstante der Luft ist 1. Es gibt Referenzebenen sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Streifenlinie, die gesamte Spur ist in das PCB-Substrat eingebettet, und die dielektrische Konstante um die Spur ist die gleiche. Dies bewirkt auch, dass die TEM-Welle auf der Bandleitung übertragen wird, während die Quasi-TEM-Welle auf der Microstrip-Linie übertragen wird. Warum ist es eine quasi-TEM-Welle? Es wird durch die Phasenabweichung an der Schnittstelle zwischen Luft und Leiterplattensubstrat verursacht. Was ist die TEM-Welle?............ Wenn Sie tiefer in dieses Thema graben, werden Sie es nicht in zehneinhalb Monaten beenden können. Um es kurz zu machen, ob es sich um eine Microstrip-Linie oder eine Stripline handelt, ihre Rolle ist nichts anderes als Signale zu tragen, 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, muss es Geschwindigkeit geben. Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Signals auf der Leiterplatte-Spur? Entsprechend der Differenz in der dielektrischen Konstante ist die Geschwindigkeit auch unterschiedlich. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in der Luft ist die bekannte Lichtgeschwindigkeit. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in anderen Medien muss nach folgender Formel berechnet werden: V=C/Er0.5

Unter ihnen 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-Basismaterials in die Formel, um sie zu berechnen, das heißt, die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals im FR4-Basismaterial ist die halbe Lichtgeschwindigkeit. Da sich die Hälfte der auf der Oberfläche gezeichneten Mikrostreifenlinie jedoch in der Luft und die Hälfte im Substrat befindet, wird die Dielektrizitätskonstante leicht reduziert, so dass die Übertragungsgeschwindigkeit etwas schneller als die der Bandlinie ist. 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! Das heißt, das Signal wird nicht sofort nach dem Senden eines Pins durch die Verdrahtung an einen anderen Pin 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 (etwa 2,54 cm), dann ist die Übertragungsverzögerung mehr als eine steigende Kante. Wenn die Spur 8 Zoll übersteigt (etwa 20 cm), dann wird die Verzögerung ein voller Zyklus sein! Es stellt sich heraus, dass PCB einen so großen Einfluss hat, dass es sehr üblich ist, dass unsere Platine mehr als 1inch Spuren hat. Beeinflusst die Verzögerung also den normalen Betrieb des Boards? Schauen Sie sich das tatsächliche System an, wenn es nur ein Signal ist und andere Signale nicht ausgeschaltet werden wollen, dann scheint die Verzögerung keine Wirkung zu haben. In einem Hochgeschwindigkeitssystem wird diese Verzögerung jedoch tatsächlich wirksam. Beispielsweise sind unsere gemeinsamen Speicherpartikel in Form eines Buses mit Datenleitungen, Adressleitungen, Uhren und Steuerleitungen verbunden. Schauen Sie sich unser Video-Interface an. Egal wie viele Kanäle HDMI oder DVI sind, es enthält Datenkanäle und Taktkanäle. Oder einige Busprotokolle, die alle synchrone Übertragung von Daten und Uhr sind. In einem eigentlichen Hochgeschwindigkeitssystem werden diese Taktsignale und Datensignale synchron vom Hauptplatin gesendet. Wenn unser PCB-Trace-Design schlecht ist, ist die Länge des Taktsignals und des Datensignals sehr unterschiedlich. Es ist einfach, falsche Probennahme von Daten zu verursachen, und dann wird das ganze System nicht normal 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 gleich ist, dann wird die Verzögerung gleich sein? Wie kann man dann die Spuren verlängern? Bingo! Schließlich ist es nicht einfach, zum Thema zurückzukehren. Dies ist die Hauptfunktion der Serpentinenlinie im Hochgeschwindigkeitssystem. Wickeln, gleich lang. Es ist so einfach. Die Schlangenlinie wird verwendet, um die gleiche Länge aufzuwinden. Indem wir die Serpentinenlinie zeichnen, können wir dieselbe Gruppe von Signalen dieselbe Länge verleihen, so dass, nachdem der Empfangschip das Signal empfangen hat, die Daten nicht durch die verschiedenen Verzögerungen auf der Leiterplattenstraße verursacht werden. Falsche Wahl. Die Serpentine-Linie ist die gleiche wie die Leiterbahnen auf anderen Leiterplatten. Sie werden verwendet, um Signale zu verbinden, aber sie sind länger und haben sie nicht. So ist die Schlangenlinie nicht tief und nicht zu kompliziert. Da es die gleiche wie andere Verdrahtung ist, gelten einige häufig verwendete Verdrahtungsregeln auch für Serpentinenleitungen. Gleichzeitig sollten Sie aufgrund der speziellen Struktur von Serpentinenleitungen bei der Verdrahtung darauf achten, zum Beispiel versuchen, die Serpentinenleitungen so weit wie möglich parallel zueinander zu halten. Kurz, das heißt, gehen Sie um eine große Kurve, wie das Sprichwort sagt, gehen Sie nicht zu dicht und zu klein in einem kleinen Bereich. Dies alles hilft, Signalstörungen zu reduzieren. Die Serpentinenleitung hat einen schlechten Einfluss auf das Signal aufgrund der künstlichen Zunahme der Leitungslänge. Solange sie die Zeitanforderungen im System erfüllen kann, verwenden Sie sie nicht. Einige Ingenieure verwenden DDR- oder Hochgeschwindigkeitssignale, um die gesamte Gruppe gleich lang zu machen. Die schlangenförmige Linie fliegt über das ganze Brett. Es scheint, dass dies eine bessere Verkabelung ist. Tatsächlich ist dies faul und verantwortungslos. Viele Stellen, die nicht aufgewickelt werden müssen, werden gewickelt, was den Bereich der Platine verschwendet und auch die Signalqualität verringert. Wir sollten die Verzögerungsredundanz entsprechend den tatsächlichen Signalgeschwindigkeitsanforderungen berechnen, um die Verdrahtungsregeln der Platine zu bestimmen.

Neben der Funktion von gleicher Länge sehe ich mehrere andere Funktionen der Schlangenlinie, die oft in Artikeln im Internet erwähnt werden, und ich werde hier auch kurz darüber sprechen.

1. Ein Argument, das oft gesehen wird, ist die Rolle des Impedanzangleichs. Diese Aussage ist sehr seltsam. Die Impedanz der Leiterplattenstrecke 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 es nicht. Woher kam diese Aussage?

2. Es wird auch gesagt, dass es die Rolle der Filterung ist. Diese Funktion kann nicht als abwesend bezeichnet werden, aber es sollte keine Filterfunktion in digitalen Schaltungen geben oder wir brauchen diese Funktion nicht in digitalen Schaltungen zu verwenden. Im Hochfrequenzkreis kann die Serpentinenspur einen LC-Schaltkreis bilden. Hat es einen Filtereffekt auf ein bestimmtes Frequenzsignal, ist es immer noch Vergangenheit.

3. Die Empfangsantenne. Dies kann sein. Wir können diesen Effekt auf einigen Mobiltelefonen oder Radios sehen. Einige Antennen sind mit Leiterplatten-Leiterbahnen hergestellt.

4. Induktivität. Alle Leiterbahnen auf der Leiterplatte haben ursprünglich parasitäre Induktivitäten. Es ist machbar, einige PCB-Induktivitäten herzustellen.

5. Sicherung. Dieser Effekt macht mich verwirrt. Wie spielt der kurze und schmale Schlangendraht die Rolle einer 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.

Durch die obige Einleitung können wir klarstellen, dass in analogen oder hochfrequenten Schaltungen Serpentinenleitungen einige spezielle Effekte haben, die durch die Eigenschaften von Mikrostreifenleitungen bestimmt werden. Im digitalen Schaltungsdesign wird die Serpentine-Linie für gleiche Länge verwendet, um Timing-Matching zu erreichen. Darüber hinaus beeinflusst die Serpentinenleitung die Signalqualität, so dass die Systemanforderungen im System geklärt werden sollten, die Systemredundanz entsprechend den tatsächlichen Anforderungen berechnet werden sollte, und die Serpentinenleitung sollte mit Vorsicht verwendet werden.