Progettazione PCB - L'applicazione della linea serpentina nella progettazione pcba

Nella pianificazione dei disegni dei circuiti stampati PCB, vedrai spesso persone che fanno domande sulla linea serpentina. Di solito, i luoghi dove possiamo vedere le linee serpentine sono per lo più tavole ad alta velocità ad alta densità, come le tavole con linee serpentine sono più di fascia alta, ed è un maestro che sa disegnare linee serpentine. Ci sono anche molti articoli su linee a forma di serpente su Internet, e sento sempre che il contenuto di alcuni post ingannerà i novizi, causerà confusione alle persone e creerà alcuni ostacoli artificiali. Quindi diamo un'occhiata all'applicazione pratica della linea serpentina laterale.

Analizzare quali sono le applicazioni delle linee serpentine nella progettazione di circuiti stampati PCB

Per capire la linea serpentina, parliamo prima di routing PCB. Questo concetto non sembra necessario essere introdotto. L'inconveniente che gli ingegneri hardware fanno ogni giorno è il lavoro di cablaggio. Ogni traccia sul PCB è disegnata una per una dall'ingegnere hardware. Cosa si può dire? Infatti, questa semplice traccia contiene anche molti punti di conoscenza che di solito ignoriamo. Ad esempio, il concetto di linea microstrip e stripline. In breve, la linea microstrip è la traccia che corre sulla superficie della scheda PCB e la stripline è la traccia che corre sullo strato interno del PCB. Qual è la differenza tra queste due righe? Il piano di riferimento della linea microtrip è il piano di terra dello strato interno del PCB e l'altro lato della traccia è esposto all'aria, in modo che la costante dielettrica intorno alla traccia non sia la stessa.

Ad esempio, la costante dielettrica del nostro substrato FR4 comunemente usato è di circa 4,2 e la costante dielettrica dell'aria è 1. Ci sono piani di riferimento sia sul lato superiore che inferiore della striscia. L'intera traccia è incorporata vicino al substrato PCB e la costante dielettrica intorno alla traccia è la stessa. Ciò costituisce anche la trasmissione delle onde TEM sulla linea strip e la trasmissione delle onde quasi TEM sulla linea microtrip. Perché è un'onda quasi-TEM? È causato dal disallineamento di fase all'interfaccia tra l'aria e il substrato PCB. Cos'è l'onda TEM? Se approfondiamo la questione, non saremo in grado di finirla in dieci mesi e mezzo. Per farla breve, che si tratti di una linea microstrip o di una stripline, il loro effetto non è altro che trasportare segnali, che siano segnali digitali o segnali analogici. Questi segnali sono trasmessi sotto forma di onde elettromagnetiche da un'estremità all'altra nella traccia. Poiché è un'onda, ci deve essere velocità. Qual è la velocità del segnale sulla traccia PCB? A seconda della differenza nella costante dielettrica, anche la velocità è diversa. La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nell'aria è la velocità ben nota della luce. La velocità di propagazione in altri mezzi deve essere calcolata con la formula seguente:

V=C/Er0,5

Nel frattempo, V è la velocità di propagazione nel mezzo, C è la velocità della luce ed Er è la costante dielettrica del mezzo. Attraverso questa formula, possiamo facilmente calcolare la velocità di trasmissione del segnale sulla traccia PCB. Per esempio, prendiamo semplicemente la costante dielettrica del substrato FR4 nel calcolo della formula, il che significa che la velocità di trasmissione del segnale nel substrato FR4 è la metà della velocità della luce. Tuttavia, per la linea microstrip sullo strato superficiale, poiché metà è in aria e metà è nel substrato, la costante dielettrica sarà leggermente ridotta, quindi la velocità di trasmissione sarà leggermente più veloce della linea di striscia. I dati empirici comunemente usati sono che il ritardo di traccia della linea microstrip è di circa 140ps/inch e il ritardo di traccia della stripline è di circa 166ps/inch.

Come accennato in precedenza, c'è solo uno scopo, cioè, la trasmissione del segnale sul PCB è ritardata! In altre parole, il segnale non viene trasmesso da un pin ad un altro pin attraverso la traccia in un istante. Anche se la velocità di trasmissione del segnale è molto veloce, finché la lunghezza della traccia è abbastanza lunga, influenzerà ancora la trasmissione del segnale. Ad esempio, per un segnale 1GHz, il periodo è 1ns, e il tempo del bordo ascendente o discendente è circa un decimo del periodo, quindi è 100ps. Se la lunghezza della nostra traccia supera 1 pollice (circa 2,54 cm), allora il ritardo della trasmissione sarà più di un bordo ascendente. Se la traccia supera 8 pollici (circa 20 cm), allora il ritardo può essere un ciclo completo! Si scopre che il PCB ha una tale grande influenza, è molto comune che le nostre schede abbiano tracce più di 1 pollice. Quindi il ritardo influenzerà il normale lavoro del consiglio? Guardando al sistema di pratica, se c'è un solo segnale e altri segnali non vogliono essere chiusi, allora il ritardo non sembra avere alcun effetto. Tuttavia, nel sistema ad alta velocità, questo ritardo avrà effettivamente un effetto.

Ad esempio, le nostre particelle di memoria comuni sono collegate sotto forma di bus, con linee dati, linee di indirizzo, orologi e linee di controllo. Guardiamo di nuovo la nostra interfaccia video. Non importa quanti canali sono HDMI o DVI, includeranno canali dati e canali di clock. Forse è qualche protocollo bus, tutti i quali sono trasmissione sincrona di dati e orologio. Poi, nel pratico sistema ad alta velocità, questi segnali di clock e di dati vengono inviati in modo sincrono dal chip principale. Se il nostro layout PCB è povero, la lunghezza del segnale dell'orologio e del segnale dati è molto diversa. È facile costituire un campionamento errato dei dati, e quindi l'intero sistema non funzionerà correttamente. Cosa dobbiamo fare per risolvere questo problema? Naturalmente, potremmo pensare che se le tracce di breve lunghezza vengono allungate in modo che la lunghezza delle tracce nello stesso gruppo sia simile, allora il ritardo sarà lo stesso? Allora come allungare le tracce?! Bingo! Infine, non è facile tornare all'argomento. Questo è l'effetto primario della linea serpentina nel sistema ad alta velocità. Winding, uguale lunghezza. È così semplice. La linea serpentina è usata per avvolgere la stessa lunghezza. Dopo aver disegnato la linea serpentina, possiamo raggiungere la stessa lunghezza dello stesso gruppo di segnali, in modo che dopo che il segnale è ricevuto dal chip, non ci saranno ritardi diversi a causa delle tracce del circuito stampato PCB. I dati sulla composizione sono raccolti erroneamente. Il filo serpentino è lo stesso dei fili su altre schede PCB. Sono usati per collegare il segnale. Quindi la linea serpentina non è profonda e non troppo complicata.

Poiché è lo stesso di altre tracce, alcune regole di cablaggio comunemente utilizzate sono applicabili anche alle linee serpentine. Allo stesso tempo, a causa della speciale struttura delle linee serpentine, si dovrebbe prestare attenzione ad esso durante il cablaggio, ad esempio, cercare di mantenere le linee serpentine parallele l'una all'altra più lontano. Più breve, è il vecchio detto che gira intorno a una grande curva, non andare troppo denso e troppo piccolo in una piccola area. Tutto questo aiuta a ridurre le interferenze del segnale. La linea serpentina deve avere una cattiva influenza sul segnale a causa dell'aumento artificiale della lunghezza della linea, quindi finché può soddisfare i requisiti di temporizzazione nel sistema, non usarlo se non è necessario. Alcuni ingegneri utilizzano segnali DDR o ad alta velocità per rendere l'intero gruppo uguale lunghezza, e le linee a forma di serpente volano su tutta la tavola. Sembra che si tratti di un cablaggio migliore: in pratica, si tratta di una manifestazione di tempo ozioso e irresponsabile. Molti luoghi che non hanno bisogno di essere cablati sono avvolti, non solo sprecando l'area della scheda, ma anche riducendo la qualità del segnale. Dovremmo calcolare la ridondanza ritardata in base ai requisiti reali di velocità del segnale, e quindi determinare le regole di cablaggio della scheda.

Oltre all'effetto di uguale lunghezza, ho visto diversi altri effetti della linea serpentina che sono spesso menzionati in articoli su Internet. Ecco anche una breve introduzione.

1. Un argomento comunemente visto è l'effetto della corrispondenza di impedenza. Questa discussione è molto strana. L'impedenza delle tracce PCB è correlata alla larghezza della linea, alla costante dielettrica e alla distanza del piano di riferimento. Quando è collegato alla linea serpentina?? Quando la forma della traccia influisce sull'impedenza? Non so da dove provenga la fonte di questa affermazione.

2. C'è anche un effetto filtrante. Questo effetto non può essere detto assente, ma non dovrebbe esserci alcun effetto filtrante nei circuiti digitali. Forse non abbiamo bisogno di usare questa funzione nei circuiti digitali. Nel circuito di radiofrequenza, la traccia serpentina può formare un circuito LC. Se ha un effetto filtrante sul segnale di una certa frequenza, è ancora il passato.

3. Induttanza, questo può essere. Tutte le tracce sul PCB originale hanno induttanza parassitaria. È possibile fare alcuni induttori PCB.

4. Accettare l'antenna, questo può essere. Possiamo vedere questo effetto su alcuni telefoni cellulari o radio. Alcune antenne sono fatte con tracce PCB.

5. Fuse, questo effetto mi rende perplesso. Come fa il filo serpentino corto e stretto ad avere l'effetto di un fusibile? Se la corrente è grande, esploderà? Il consiglio non è inutile. Il prezzo di questo fusibile è troppo alto. Davvero non capisco in che tipo di applicazione verrà utilizzato. .

Dopo l'introduzione di cui sopra, possiamo capire chiaramente che la linea serpentina ha alcuni effetti speciali vicino al circuito analogico o radio frequenza, che è determinato dalle caratteristiche della linea microstrip. Nella pianificazione del circuito digitale, la linea serpentina è utilizzata per completare l'effetto di corrispondenza temporale di uguale lunghezza. Inoltre, la linea serpentina avrà un impatto sulla qualità del segnale, quindi i requisiti di sistema dovrebbero essere chiari nel sistema, la ridondanza del sistema dovrebbe essere calcolata in base ai requisiti pratici e la linea serpentina dovrebbe essere utilizzata con cautela.