Conception électronique - Application de la ligne serpentine à la conception PCBA

Dans la planification des dessins de carte PCB, vous verrez souvent des gens poser des questions sur les lignes serpentine. Souvent, les endroits où nous pouvons voir des serpents sont principalement des planches de haute densité à grande vitesse, tout comme les planches avec des serpents sont plus haut de gamme et sont des maîtres qui savent comment dessiner des serpents. Il y a aussi beaucoup d'articles en ligne sur serpentine Line et j'ai toujours l'impression que le contenu de certains messages peut induire en erreur les débutants, créer de la confusion et créer des obstacles artificiels. Alors, jetons un coup d'oeil à l'application pratique de la ligne serpentine latérale.

Analyse de l'application des lignes serpentine dans la conception de cartes PCB

Pour comprendre la ligne serpentine, parlons d'abord du câblage PCB. Ce concept ne semble pas devoir être introduit. L'inconvénient que les ingénieurs en matériel font tous les jours est le travail de câblage. Chaque trace sur le PCB est dessinée l'une après l'autre par un ingénieur en matériel. Que peut - on dire? En fait, cette simple trace contient également de nombreux points de connaissance que nous négligeons généralement. Par exemple, le concept de ligne microruban et de ligne ruban. En bref, les lignes microruban sont des traces qui courent sur la surface de la carte PCB et les lignes ruban sont des traces qui courent sur la couche interne de la carte de circuit imprimé. Quelle est la différence entre ces deux lignes? Le plan de référence de la ligne microruban est le plan de masse de la couche interne du PCB, l'autre côté de la trace étant exposé à l'air de sorte que la constante diélectrique autour de la trace n'est pas la même.

Par exemple, notre substrat fr4 couramment utilisé a une constante diélectrique d'environ 4,2 et l'air a un coefficient diélectrique de 1. Il y a des plans de référence sur les côtés supérieur et inférieur de la ligne de ruban. La trace entière est encastrée à proximité du substrat PCB et la constante diélectrique autour de la trace est la même. Ceci constitue également la transmission de l'onde TEM sur la ligne ruban et la transmission de l'onde quasi - tem sur la ligne microruban. Pourquoi est - ce une onde quasi - tem? Ceci est causé par un décalage de phase à l'interface entre l'air et le substrat PCB. Qu'est - ce que TEM Wave... Si nous approfondissons cette question, nous ne pourrons pas le faire en dix mois et demi. Pour faire court, qu'il s'agisse de lignes microruban ou ruban, leur rôle n'est rien d'autre que de transporter des signaux, qu'ils soient numériques ou analogiques. Ces signaux sont transmis d'une extrémité à l'autre de la trajectoire sous forme d'ondes électromagnétiques. Puisque c'est une vague, il doit y avoir de la vitesse. Quelle est la vitesse du signal sur les traces de PCB? Selon la constante diélectrique, la vitesse varie également. La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l'air est la vitesse de la lumière bien connue. La vitesse de propagation dans les autres milieux doit être calculée par la formule suivante:

V = C / er0,5

Simultanément, V est la vitesse de propagation dans le milieu, c est la vitesse de la lumière et ER est la constante diélectrique du milieu. Avec cette formule, nous pouvons facilement calculer la vitesse de transmission du signal sur les traces de PCB. Par exemple, nous intégrons simplement la permittivité diélectrique du substrat fr4 dans le calcul de la formule, ce qui signifie que la vitesse de transmission du signal dans le substrat fr4 est la moitié de la vitesse de la lumière. Cependant, pour une ligne microruban sur une couche superficielle, la constante diélectrique diminuera légèrement puisque la moitié est dans l'air et l'autre moitié dans le substrat, et donc la vitesse de transmission sera légèrement plus rapide que pour une ligne ruban. Les données empiriques couramment utilisées sont un retard de trace d'environ 140 PS / pouce pour les lignes microruban et d'environ 166 PS / pouce pour les lignes ruban.

Comme mentionné ci - dessus, il n'y a qu'un seul but et c'est de retarder la transmission du signal sur le PCB! En d'autres termes, le signal n'est pas transmis d'une broche à l'autre à travers les traces en un instant. Bien que la transmission du signal soit rapide, elle peut toujours affecter la transmission du signal tant que la longueur de la trace est suffisamment longue. Par example, pour un signal de 1 GHz avec une période de 1 NS, le temps d'un front montant ou descendant est d'environ un dixième de période, soit 100 ps. Si notre piste est plus longue que 1 pouce (environ 2,54 cm), le retard de transmission dépassera le front montant. Si la piste dépasse 8 pouces (environ 20 cm), le retard peut être un cycle complet! Il s'avère que l'impact des PCB est si grand qu'il est très courant pour nos cartes d'avoir des traces de plus de 1 pouce. Alors, le retard affecte - t - il le bon fonctionnement du Conseil? Du point de vue du système de pratique, s'il n'y a qu'un seul signal et que les autres ne veulent pas s'éteindre, le retard ne semble avoir aucun effet. Cependant, dans les systèmes à grande vitesse, ce retard peut en fait avoir un impact.

Par exemple, nos particules de mémoire courantes sont connectées sous forme de bus, y compris les lignes de données, les lignes d'adresse, les horloges et les lignes de contrôle. Revenons voir notre interface vidéo. Peu importe combien de canaux sont HDMI ou DVI, ils comprendront des canaux de données et des canaux d'horloge. Peut - être une sorte de Protocole de bus, qui sont tous des transmissions synchrones de données et d'horloges. Ces signaux d'horloge et de données sont alors envoyés de manière synchrone à partir de la puce principale dans un système réel à grande vitesse. Si notre disposition de PCB est mauvaise, la longueur du signal d'horloge et du signal de données sera très différente. Il est facile de constituer un échantillonnage de données erroné, puis l'ensemble du système ne fonctionnera pas correctement. Que devons - nous faire pour résoudre ce problème? Nous penserions, bien sûr, que si des traces de courte longueur étaient allongées de telle sorte que les traces d'un même groupe aient des longueurs similaires, le retard serait le même? Alors comment allonger les traces! Réponse correcte. En fin de compte, revenir au sujet n’est pas facile. C'est le rôle principal des lignes serpentines dans les systèmes à grande vitesse. Enroulement, égale longueur. C'est trop simple. Le fil serpentin est utilisé pour enrouler des longueurs égales. Après avoir tracé la ligne serpentine, nous pouvons atteindre la même longueur pour le même ensemble de signaux, de sorte qu'après que la puce ait reçu le signal, il n'y ait pas de retard différent en raison des traces de carte PCB. Erreur dans la collecte des données sur les ingrédients. Le fil serpentine est le même que sur les autres cartes PCB. Ils sont utilisés pour connecter les signaux. Ils marchent simplement plus longtemps, non. Donc la ligne serpentine n'est pas profonde et pas trop compliquée.

Comme il est identique aux autres traces, certaines règles de câblage couramment utilisées s'appliquent également aux lignes serpentine. Dans le même temps, en raison de la structure spéciale de la ligne serpentine, il faut faire attention lors du câblage. Par exemple, essayez de rendre les lignes serpentines plus parallèles les unes aux autres. En bref, c'est un vieux dicton de faire un grand tour et de ne pas marcher trop densément et trop petit dans une petite zone. Tout cela contribue à réduire les interférences du signal. En raison de l'augmentation artificielle de la longueur de la ligne, la ligne serpentine doit avoir un effet néfaste sur le signal, alors ne l'utilisez pas tant que vous pouvez répondre aux exigences de synchronisation dans le système. Certains ingénieurs utilisent des signaux DDR ou à grande vitesse pour rendre les groupes entiers égaux en longueur et les lignes serpentines sont réparties sur toute la plaque. On dirait que c'est une meilleure ligne. En pratique, c’est une perte de temps et une manifestation irresponsable. De nombreux endroits où le câblage n'est pas nécessaire sont enroulés, ce qui non seulement gaspille la surface de la carte, mais réduit également la qualité du signal. Nous devrions calculer la redondance de retard en fonction des exigences réelles de vitesse du signal, puis déterminer les règles de câblage de la carte.

En plus de l'effet isométrique, j'ai vu plusieurs autres effets de la ligne serpentine souvent mentionnés dans les articles Web. Voici aussi une introduction simple.

1. Un argument commun est l'effet de l'adaptation d'impédance. Cet argument est étrange. L'impédance d'une trace de PCB est liée à la largeur de ligne, à la constante diélectrique et à la distance du plan de référence. Quand est - ce lié à la ligne serpentine? Quand la forme de la trace affecte - t - elle l'impédance? Je ne connais pas la provenance de cette phrase.

2. Il y a aussi un effet de filtre. On ne peut pas dire qu'il n'y a pas cet effet, mais il ne devrait pas y avoir d'effet de filtrage dans le circuit numérique. Peut - être que nous n'avons pas besoin d'utiliser cette fonction dans un circuit numérique. Dans un circuit radiofréquence, une trajectoire serpentine peut former un Circuit LC. S'il a un effet de filtrage sur un signal d'une certaine fréquence, il est encore du passé.

3. Inductance, celui - ci peut. Toutes les traces sur le PCB original ont une inductance parasite. Peut faire quelques inducteurs PCB.

4. Antenne acceptée, cela pourrait être. Nous pouvons voir cet effet sur certains téléphones portables ou radios. Certaines antennes sont faites avec des traces de PCB.

5. Fusible, cet effet me laisse perplexe. Comment un fil serpentin court et étroit produit - il l'effet d'un fusible? Si le courant est important, va - t - il exploser? Cette planche n'est pas inutile. Le prix de ce fusible est trop élevé. Je ne comprends pas vraiment pour quel type d'application il sera utilisé.

Après l'introduction ci - dessus, nous pouvons clairement comprendre que la ligne serpentine a des effets spéciaux près des circuits analogiques ou RF, qui sont déterminés par les caractéristiques de la ligne microruban. Dans la planification de circuits numériques, les lignes serpentines sont utilisées pour compléter l'effet de synchronisation isométrique. En outre, la ligne serpentine aura un impact sur la qualité du signal, de sorte que les exigences du système doivent être claires dans le système, la redondance du système doit être calculée en fonction des exigences réelles, l'utilisation prudente de la ligne serpentine.