PCB Tecnico - Attenzione: parlando del ruolo del filo serpentino

Si può spesso vedere persone che fanno la domanda a forma di serpente. Di solito possiamo vedere le linee serpentine in luoghi dove la maggior parte di loro sono tavole ad alta velocità ad alta densità. Sembra che le tavole con linee serpentine siano più avanzate. Se riesci a disegnare linee serpentine, sei un maestro. 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. Diamo quindi un'occhiata a cosa fa la linea serpentina nelle applicazioni pratiche.

Per capire la linea serpentina, parliamo prima di routing PCB. Questo concetto non sembra aver bisogno di essere introdotto. L'ingegnere hardware non fa lavori di cablaggio tutti i giorni? 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 poche parole, 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, il che causa la costante dielettrica intorno alla traccia per essere incoerente, come 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 linea di striscia, l'intera traccia è incorporata nel substrato PCB e la costante dielettrica intorno alla traccia è la stessa. Questo provoca anche la trasmissione dell'onda TEM sulla linea di strip, mentre l'onda quasi TEM viene trasmessa sulla linea di microstrip. Perché è un'onda quasi-TEM? È causato dal disallineamento di fase all'interfaccia tra l'aria e il substrato PCB. Che cos'è l'onda TEM?........... Se si scava più a fondo su questo problema, non sarà in grado di finirlo in dieci mesi e mezzo. Per farla breve, che si tratti di una linea microstrip o di una stripline, il loro ruolo 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? Secondo la 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 seguente formula: V=C/Er0.5

Tra questi, 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. Ad esempio, prendiamo semplicemente la costante dielettrica del materiale base FR4 nella formula per calcolarlo, cioè la velocità di trasmissione del segnale nel materiale base FR4 è metà della velocità della luce. Tuttavia, poiché metà della linea di microstrip tracciata sulla superficie è nell'aria e metà nel substrato, la costante dielettrica sarà leggermente ridotta, quindi la velocità di trasmissione sarà leggermente più veloce di quella 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! Vale a dire, il segnale non viene trasmesso ad un altro pin attraverso il cablaggio in un istante dopo l'invio di un pin. 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 di trasmissione sarà più di un bordo ascendente. Se la traccia supera 8 pollici (circa 20 cm), allora il ritardo sarà un ciclo completo! Si scopre che il PCB ha una tale grande influenza, è molto comune che la nostra scheda abbia più di 1 pollice tracce. Quindi il ritardo influisce sul normale funzionamento della tavola? Guardate il sistema reale, se è solo un segnale, e altri segnali non vogliono essere spenti, allora il ritardo non sembra avere alcun effetto. Tuttavia, in un sistema ad alta velocità, questo ritardo entrerà effettivamente in vigore. 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. Dai un'occhiata alla nostra interfaccia video. Non importa quanti canali sono HDMI o DVI, conterrà canali dati e canali di clock. O alcuni protocolli bus, che sono tutti trasmissione sincrona di dati e clock. Poi, in un vero e proprio sistema ad alta velocità, questi segnali di clock e segnali di dati vengono inviati in modo sincrono dal chip principale. Se il nostro disegno di traccia PCB è povero, la lunghezza del segnale dell'orologio e del segnale dati è molto diversa. È facile causare un campionamento errato dei dati e quindi l'intero sistema non funzionerà normalmente. Cosa dobbiamo fare per risolvere questo problema? Naturalmente, penseremmo di allungare le tracce di breve lunghezza in modo che la lunghezza delle tracce nello stesso gruppo sia la stessa, quindi il ritardo sarà lo stesso? Allora come allungare le tracce?! Bingo! Infine, non è facile tornare all'argomento. Questa è la funzione principale della linea serpentina nel sistema ad alta velocità. Winding, uguale lunghezza. E' cosi' semplice. La linea serpentina è usata per avvolgere la stessa lunghezza. Disegnando la linea serpentina, possiamo fare lo stesso gruppo di segnali avere la stessa lunghezza, in modo che dopo che il chip ricevente riceve il segnale, i dati non saranno causati dai diversi ritardi sulla traccia PCB. Scelta sbagliata. La linea serpentina è la stessa delle tracce su altre schede PCB. Sono usati per collegare segnali, ma sono più lunghi e non ce l'hanno. Quindi la linea serpentina non è profonda e non troppo complicata. Poiché è lo stesso di altri cablaggi, alcune regole di cablaggio comunemente usate sono applicabili anche alle linee serpentine. Allo stesso tempo, a causa della speciale struttura delle linee serpentine, dovresti prestare attenzione ad esso durante il cablaggio, ad esempio, cercare di mantenere le linee serpentine parallele tra loro il più lontano possibile. Più breve, cioè, girare una grande curva come dice il detto, non andare troppo denso e troppo piccolo in una piccola area. Tutto questo aiuta a ridurre le interferenze del segnale. La linea serpentina avrà 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. Alcuni ingegneri utilizzano segnali DDR o ad alta velocità per rendere l'intero gruppo uguale lunghezza. La linea a forma di serpente sta volando su tutta la tavola. Sembra che questo sia un cablaggio migliore. In realtà, questo è pigro e irresponsabile. Molti luoghi che non hanno bisogno di essere avvolti sono avvolti, che spreca l'area della scheda e riduce anche la qualità del segnale. Dovremmo calcolare la ridondanza di ritardo in base ai requisiti reali di velocità del segnale per determinare le regole di cablaggio della scheda.

Oltre alla funzione di uguale lunghezza, vedo diverse altre funzioni della linea serpentina che sono spesso menzionate in articoli su Internet, e ne parlerò brevemente anche qui.

1. Un argomento che si vede spesso è il ruolo della corrispondenza dell'impedenza. Questa affermazione è molto strana. L'impedenza della traccia PCB è correlata alla larghezza della linea, alla costante dielettrica e alla distanza del piano di riferimento. Quando e' collegato alla linea serpentina? Quando la forma della traccia influisce sull'impedenza? Non lo so. Da dove viene questa dichiarazione?

2. Si dice anche che è il ruolo del filtraggio. Non si può dire che questa funzione sia assente, ma non dovrebbe esserci alcuna funzione di filtraggio nei circuiti digitali o non è necessario utilizzare questa funzione nei circuiti digitali. Nel circuito di radiofrequenza, la traccia serpentina può formare un circuito LC. Se ha un effetto filtrante su un determinato segnale di frequenza, è ancora il passato.

3. L'antenna ricevente. Possiamo vedere questo effetto su alcuni telefoni cellulari o radio. Alcune antenne sono fatte con tracce PCB.

4. Induttanza. Tutte le tracce sul PCB originariamente hanno induttanze parassitarie. È realizzabile per fare alcuni induttori PCB.

5. Fusione. Questo effetto mi rende perplesso. In che modo il filo serpentino corto e stretto gioca il ruolo 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. .

Attraverso l'introduzione di cui sopra, possiamo chiarire che nei circuiti analogici o a radiofrequenza, le linee serpentine hanno alcuni effetti speciali, che sono determinati dalle caratteristiche delle linee microtrip. Nella progettazione del circuito digitale, la linea serpentina è utilizzata per la lunghezza uguale per ottenere la corrispondenza di temporizzazione. Inoltre, la linea serpentina influenzerà la qualità del segnale, quindi i requisiti di sistema dovrebbero essere chiariti nel sistema, la ridondanza del sistema dovrebbe essere calcolata in base ai requisiti effettivi e la linea serpentina dovrebbe essere utilizzata con cautela.