電子設計 - 高速PCBが蛇行線を設計した理由は何ですか？

蛇行線はよく見られ、多くの用途があるが、遅延補償（タイミング等間隔）は伝統的な設計の中で最も広く応用されている。電線を巻き付けることにより配線の長さを制御し、電線の幅を制御し、電線を巻き付ける間隔を蛇行整列と呼ぶ。

検査を完了する前に、PCB配線を説明する前に、まずPCB設計の3つの特殊配線技術を紹介します。

PCBレイアウトラインは、直角線、差分布線、蛇行線の3つの側面から解釈されます。

直角線（3つの側面）。直角線が信号に与える影響は主に3つの方面に現れている：第1、角度は伝送線上の容量性負荷に相当することができて、それによって上昇時間を緩めることができて、第2、インピーダンスの不連続性は信号反射を招くことができて、第3、EMIが発生する直角先端、10 GHzの無線周波数設計領域を超えて、これらの小さい直角は高速問題の焦点になる可能性があります。

差動配線（「等長、等距離、基準面」）。差動信号（differential signal）とは？一般的な用語では、ドライバは2つの等価な反転信号を送信し、受信機は2つの電圧間の差を比較することによって論理状態「0」または「1」を決定する。この一対の差動信号を伝送する導線を差動導線と呼ぶ。

通常のシングルエンド信号配線と比較して、差動信号の最も顕著な利点は次の3つです。

1）2本の差動線間の結合が非常に良好であるため、耐干渉性が高い。外部からのノイズ干渉がある場合、それらはほぼ同時に2つの回線に結合され、受信側は2つの信号間の差異だけに注目するので、外部コモンモードノイズを完全に除去することができる。

2）EMIを効果的に抑制することができます。同様の理由から、2つの信号の極性のために、それらの外部放射電磁場は互いに相殺することができる。結合が緊密になればなるほど、外部に放出される電磁エネルギーは少なくなる。

3）差動信号スイッチの変化は2つの信号の交点に位置し、通常のシングルエンド信号とは異なる高低閾値電圧に依存して判断されるため、正確なタイミング位置決めを行うことができるため、この過程により、温度影響が小さく、タイミング誤差を低減することができ、低振幅信号回路にも適している。

現在流行しているLVDS（低圧差分信号）とは、このような小振幅差分信号技術を指す。

3.蛇行線（調整遅延）。蛇行線はレイアウトでよく使用される配線方法の1つです。その主な目的は、システムのタイミング設計要件を満たすために遅延を調整することです。この2つのパラメータの中で最も重要なのは、平行結合長さ（Lp）と結合距離（S）です。明らかに、信号が蛇行線上を伝送する場合、差分モードでは、平行線分間に結合が存在し、Sが小さいほど、Lpが大きいほど、結合の程度が大きくなる。これにより、伝送遅延が減少し、クロストークによる信号品質が大幅に低下する可能性がある。このメカニズムは、コモンモードと差モードクロストークの分析を参照することができる。

蛇行線の応用によって、その作用は異なり、大体以下のいくつかの主要な作用がある：

時間要件を満たすための遅延の調整

高速回路設計のため、一部の信号伝送速度は非常に速いため、長さの異なる回線の信号伝送時間（すなわち遅延）は異なる。

信号が同時に到着しないと、データエラーやシステムが不安定になる可能性があります。

明らかに、蛇行形は特定の線の長さを増やすために使用することができ、設計要件に応じて蛇行形の長さと形状を正確に制御することができる。蛇行管における曲げの程度と量を調整することにより、レイアウトエンジニアは、システムのタイミング設計要件を満たすために、回路全体におけるクリティカルパスが同じ遅延を持つように、他のクリティカルパスの遅延と一致するように、回路の長さを正確に増加または減少させることができる。

電磁干渉（EMI）と無線周波干渉（RFI）の低減

蛇行状に配列された蛇行形状は、本来1つの領域に集中していた放射エネルギーをより大きな領域に伝播させることができ、これは特定の領域の放射強度を低下させ、周囲環境への干渉を低減するのに役立ちます。

同時に、より重要なのは、2つの隣接する蛇行線路が同時に等しいサイズ、反対の電流方向に配列されると、それらが発生した磁場は互いに相殺され、それによって電磁放射が減少し、他の回路や装置への干渉が減少する。

もちろん、高密度回路設計では、異なる信号線間にクロストークと結合が存在する可能性がある。蛇行配線は、線路の形状やレイアウトを変更することで信号線間の物理的な近接を低減し、信号間のクロストークや結合効果を低減することができる。

インピーダンス整合

インピーダンス整合は、無線周波数（RF）回路や高速データ伝送回路など、いくつかの回路において重要な設計上の考慮事項である。

蛇行配線、およびリード線の幅と銅箔の厚さを調整して、配線のインピーダンスを調整して、電源と負荷の間のインピーダンスを整合させることができて、それによって反射と損失を減少して、信号伝送効率を高めます。

高周波抑制

蛇行配列は簡単なインダクタンスコイルに相当し、電磁誘導原理のため、いくつかの高周波信号を抑制することができる。

欠点

蛇行線は配線を複雑にし、大量の計算と最適化を必要とし、設計と製造の難しさを高め、追加のコストと時間のオーバーヘッドを引き起こす可能性があります。

同時に、信号品質が低下し、信号の伝送品質が変化する可能性があります。蛇行配列における信号線の曲がりと蛇行のため、信号は伝送中により多くの損失と干渉を受ける可能性があり、信号ひずみやノイズの増加などの信号品質の低下を招く。

次に、レイアウトエンジニアが蛇行線を処理するためのいくつかの推奨事項を示します。

1）平行セグメントの距離（S）を最大化し、少なくとも3 hより大きくし、ここで、hは信号線から基準平面までの距離を指す。大きなカーブを迂回するのが人気です。sが十分に大きい限り、相互間の結合効果はほとんど完全に回避できる。

2）カップリング長LPを小さくする。LP遅延が信号立ち上がり時間の2倍近くまたはそれを超えると、生成されるクロストークは飽和に達する。

3）帯状線（帯状線）または埋め込み式マイクロストリップ線（埋め込みマイクロストリップ）の蛇行線による信号伝送遅延は、マイクロストリップ線（マイクロストリップ）の信号伝送遅延よりも小さい。理論的には、差動モードクロストークのため、帯状線は伝送速度に影響を与えない。

4）信号線の高速と厳格なタイミング要求、できるだけ蛇行線、特に小規模な巻線を歩かないようにする。

5）通常、蛇行配線を任意の角度で使用することができ、これにより、相互間の結合を効果的に低減することができる。

6）高速PCB設計、蛇行線にはいわゆるフィルタリングや耐干渉能力がなく、これは信号品質を低下させるだけであるため、時系列マッチングにしか使用できず、他の用途はない。

7）螺旋線の巻き付け方法を考慮することができ、アナログ表示効果は通常の蛇行線より優れている。PCB配線後、配線は完了していますか？明らかに違う！PCB配線検査作業の後も必要なので、PCBの設計や配線をどのように検査するか、その他の知識を学ぶ必要があります。

蛇行線は一般的なPCB配線方法であり、電磁干渉と信号クロストークを低減し、回路の安定性と信頼性を向上させることができる。高周波高速回路の設計において、蛇行整列を合理的に応用することは重要な役割を果たすことができ、PCB設計における重要な技術手段の一つである。