Diseño electrónico - ¿¿ cuál es la razón por la que los PCB de alta velocidad diseñan líneas de serpiente?

Las líneas de serpiente son muy comunes y tienen muchos usos, mientras que la compensación de retraso (equidistancia de tiempo) es la más utilizada en el diseño tradicional; Controlar la longitud del cableado, controlar el ancho del cable y el espaciamiento del cable enredado enredando el cable se llama alineación en forma de serpiente.

Antes de completar el trabajo de inspección, antes de explicar el cableado de pcb, le presentaré primero tres tecnologías especiales de cableado para el diseño de pcb.

La línea de diseño de PCB se explicará desde tres aspectos: la línea de ángulo recto, la línea de distribución diferencial y la línea de serpiente:

Línea de ángulo recto (tres aspectos). El impacto de las líneas rectangulares en la señal se refleja principalmente en tres aspectos: primero, el ángulo puede ser equivalente a una carga capacitiva en la línea de transmisión, ralentizando así el tiempo de subida; segundo, la discontinuidad de la resistencia puede causar reflejos de la señal; y tercero, la punta del ángulo recto producida por el emi, que supera el campo del diseño de frecuencia de disparo de 10 ghz, estos pequeños ángulos rectos pueden convertirse en el foco de problemas de alta velocidad.

Cableado diferencial ("igual longitud, igual distancia, plano de referencia"). ¿¿ qué es una señal diferencial? En términos populares, el conductor envía dos señales de fase inversa equivalentes, y el receptor determina el Estado lógico "0" o "1" comparando la diferencia entre los dos voltios. Este par de cables que transmiten señales diferenciales se llaman cables diferenciales.

En comparación con el cableado ordinario de señal de un solo extremo, la ventaja más obvia de la señal diferencial radica en los siguientes tres aspectos:

1) fuerte capacidad antiinterferencia, porque el acoplamiento entre las dos líneas diferenciales es muy bueno. Cuando hay interferencia acústica del exterior, se acoplan casi simultáneamente a dos líneas, y el extremo receptor solo presta atención a la diferencia entre las dos señales, por lo que puede eliminar completamente el ruido de modo común externo.

2) puede inhibir eficazmente el emi. Por la misma razón, debido a la naturaleza polar de las dos señales, sus campos magnéticos de radiación externa pueden compensarse entre sí. Cuanto más estrecho sea el acoplamiento, menos energía electromagnética se liberará al mundo exterior.

3) posicionamiento preciso del tiempo, ya que el cambio del interruptor de señal diferencial se encuentra en la intersección de las dos señales, a diferencia de las señales ordinarias de un solo extremo que dependen del juicio de voltaje umbral alto y bajo, por lo que a través de este proceso, el impacto de la temperatura es pequeño, lo que puede reducir el error de tiempo y es más adecuado para circuitos de señal de baja amplitud.

La popular LVDS (señal diferencial de baja tensión) se refiere a esta tecnología de señal diferencial de pequeña amplitud.

3. línea de serpiente (retraso en el ajuste). La línea de serpiente es un método de cableado común en el diseño. El objetivo principal es ajustar el retraso para cumplir con los requisitos de diseño cronológico del sistema. Los más críticos de estos dos parámetros son la longitud de acoplamiento paralelo (lp) y la distancia de acoplamiento (s). Obviamente, cuando la señal se transmite en una línea de serpiente, en el modo diferencial, habrá acoplamiento entre segmentos paralelos. cuanto menor sea s, mayor será LP y mayor será el grado de acoplamiento. Esto puede provocar una reducción de los retrasos en la transmisión y una reducción significativa de la calidad de la señal causada por las conversaciones cruzadas. Este mecanismo puede referirse al análisis de la conversación cruzada de modo común y diferencial.

La aplicación de la línea en forma de serpiente es diferente y sus funciones son diferentes, aproximadamente las siguientes funciones principales:

Ajustar los retrasos para cumplir con los requisitos de tiempo

Debido al diseño de circuitos de alta velocidad, algunas señales se transmiten muy rápido, por lo que el tiempo de transmisión de la señal (es decir, el retraso) de las líneas de diferentes longitudes será diferente.

Si la señal no llega al mismo tiempo, esto puede causar errores de datos o inestabilidad del sistema.

Obviamente, la forma de serpiente se puede utilizar para aumentar la longitud de líneas específicas y se puede controlar con precisión la longitud y la forma de la forma de serpiente de acuerdo con los requisitos de diseño. Al ajustar el grado y la cantidad de flexión en el tubo de serpiente, el ingeniero de diseño puede aumentar o reducir con precisión la longitud de la línea para coincidir con los retrasos de otras rutas clave, de modo que las rutas clave en todo el circuito tengan el mismo retraso para cumplir con los requisitos de diseño cronológico del sistema.

Reducir la interferencia electromagnética (emi) y la interferencia de radiofrecuencia (rfi)

La forma sinuosa de la disposición en forma de serpiente puede transmitir la energía de radiación que originalmente se concentraba en una región a una región más grande, lo que ayuda a reducir la intensidad de la radiación en una región específica, reduciendo así la interferencia con el entorno circundante.

Al mismo tiempo, y lo que es más importante, cuando dos líneas adyacentes en forma de serpiente están dispuestas simultáneamente en el mismo tamaño y en la dirección opuesta de la corriente, los campos magnéticos que generan se compensan entre sí, reduciendo así la radiación electromagnética y reduciendo la interferencia con otros circuitos o equipos.

Por supuesto, en el diseño de circuitos de alta densidad, puede haber conversación cruzada y acoplamiento entre diferentes líneas de señal. El cableado en forma de serpiente puede reducir la aproximación física entre las líneas de señal cambiando la forma y el diseño de las líneas, reduciendo así los efectos de conversación cruzada y acoplamiento entre las señales.

Coincidencia de Resistencia

La coincidencia de impedancias es una consideración de diseño importante en algunos circuitos, como los circuitos de radiofrecuencia (rf) o los circuitos de transmisión de datos de alta velocidad.

El cableado en forma de serpiente, así como el ajuste del ancho del cable y el grosor de la lámina de cobre, se pueden utilizar para ajustar la resistencia de la línea para coincidir con la resistencia entre la fuente de alimentación y la carga, reduciendo así la reflexión y la pérdida y mejorando la eficiencia de la transmisión de la señal.

Inhibición de alta frecuencia

La disposición en forma de serpiente equivale a una simple bobina de inducción, que puede inhibir algunas señales de alta frecuencia debido al principio de inducción electromagnética.

Deficiencias

Las líneas en forma de serpiente complican el cableado y requieren muchos cálculos y optimizaciones, lo que dificulta el diseño y la fabricación y puede provocar costos adicionales y gastos de tiempo.

Al mismo tiempo, la calidad de la señal se reduce, lo que puede cambiar la calidad de transmisión de la señal. Debido a la curvatura y sinuosidad de las líneas de señal en la disposición de la serpiente, la señal puede sufrir más pérdidas e interferencias durante la transmisión, lo que conduce a una disminución de la calidad de la señal, como la distorsión de la señal y el aumento del ruido.

Estas son algunas de las sugerencias de los ingenieros de diseño para manejar las líneas de serpiente:

1) maximizar la distancia (s) de los segmentos paralelos, al menos superior a 3h, donde H se refiere a la distancia entre la línea de señal y el plano de referencia. Es muy popular sortear las grandes curvas. Mientras s sea lo suficientemente grande, el efecto de acoplamiento entre ellos se puede evitar casi por completo.

2) reducir la longitud del acoplamiento lp. Cuando el retraso del LP se acerca o supera el doble del tiempo de subida de la señal, la conversación cruzada generada alcanzará la saturación.

3) el retraso en la transmisión de la señal causado por la línea de serpiente de la línea de banda (línea de banda) o la línea de MICROSTRIP enterrada (microstrip integrado) es menor que el retraso en la transmisión de la señal de la línea de MICROSTRIP (microstrip). En teoría, debido a la conversación cruzada de modo diferencial, la línea de banda no afectará la velocidad de transmisión.

4) la alta velocidad y los estrictos requisitos de tiempo de la línea de señal, trate de no tomar la línea en forma de serpiente, especialmente en la línea de devanado a pequeña escala.

5) por lo general, el cableado en forma de serpiente se puede utilizar desde cualquier ángulo, lo que puede reducir efectivamente el acoplamiento entre sí.

6) diseño de PCB de alta velocidad, la línea en forma de serpiente no tiene la llamada capacidad de filtrado o anti - interferencia, lo que solo reduce la calidad de la señal, por lo que solo se puede utilizar para la coincidencia de series temporales, sin otro uso.

7) a veces se puede considerar el método de devanado de la espiral, y el efecto de visualización de simulación es mejor que el de la línea de serpiente ordinaria. ¿Después del cableado de pcb, ¿ se completa el cableado? ¡Obviamente no! También es muy necesario después de la inspección del cableado de pcb, por lo que cómo comprobar el diseño y el cableado de pcb, hay que aprender más sobre otros conocimientos relacionados.

La línea de serpiente es un método común de cableado de pcb, que puede ayudar a reducir la interferencia electromagnética y la conversación cruzada de señales, y mejorar la estabilidad y fiabilidad del circuito. En el diseño de circuitos de alta velocidad de alta frecuencia, la aplicación racional de la alineación en forma de serpiente puede desempeñar un papel importante y es uno de los medios técnicos importantes en el diseño de pcb.