電子設計 - PCBA設計における蛇行線の応用

計画の中で PCB回路図, あなたはよく蛇行ラインについて質問をする人々を見るでしょう. 通常, 蛇行線を見る場所は主に高速高密度板である, 蛇行のある板の方がハイエンドです, そして、蛇行を描く方法を知っているのは、マスターです. インターネット上で蛇行状の線に関する記事も多い, そして、私は、一部のポストの内容が初心者を誤解させると常に感じます, 人々に混乱を引き起こす, いくつかの人工障害を作成する. それでは、サイド蛇行線の実用的な応用を見てみましょう.

PCB回路基板設計における蛇行線の応用

サーペンタインラインを理解するには、まずPCBルーティングについて話しましょう。このコンセプトは導入する必要がないようです。ハードウェアエンジニアが毎日しているのは配線作業です。PCB上のすべてのトレースは、ハードウェアエンジニアによって1つずつ描画されます。何と言えますか。実際には、この単純なトレースは、我々は通常見落とす多くの知識ポイントが含まれています。例えば、マイクロストリップラインとストリップラインの概念。要するに、マイクロストリップラインはPCBボードの表面で動作するトレースであり、ストリップラインはPCBの内部層で動作するトレースである。この二つの線の違いは何ですか。マイクロストリップ線路の基準面は、PCBの内層のグランドプレーンであり、トレースの他方の側は空気にさらされ、トレース周辺の誘電率は同じではない。

例えば, 一般的に使用されるFR 4基板の誘電率は約4である.2, 空気の誘電率は1である. ストリップラインの上下両側に基準面がある. トレース全体はPCB基板12の近傍に埋め込まれる, そして、トレースのまわりの誘電率は同じです. これはまた、ストリップライン12上のTEM波の伝送を構成する, マイクロストリップ線路上の擬似TEM波の透過. なぜ擬似TEM波であるのか? それは空気とPCB基板との間の界面での位相不整合に起因する. TEM波とは? ... 我々が深くこの問題に掘るならば, 私たちは10ヶ月半でそれを終えることができないでしょう. 短編を短くする, マイクロストリップラインかストリップラインか, 彼らの効果は、信号を運ぶ以上のものではない, デジタル信号かアナログ信号か. これらの信号は、トレース内の一端から他方への電磁波の形で伝送される. 波だから, スピードがある. その信号の速度は何ですか PCBトレース? 誘電率の違いによって, 速度も違う. 空気中の電磁波の伝搬速度は、既知の光の速度である. 他の媒体の伝搬速度は以下の式で計算する必要がある。

V = C / ER 0。5

一方、Vは媒体中の伝搬速度、Cは光の速度、Erは媒体の誘電率である。この式により，pcbトレース上の信号の伝送速度を容易に計算できる。例えば、FR 4基板の誘電率を単に式計算にするだけであり、FR 4基板の信号の透過速度は光の半分の速度である。しかし、表面層上のマイクロストリップ線路では、半分は空気中であり、半分は基板内にあるので、誘電率はわずかに減少するので、伝送速度はストリップラインよりもわずかに速くなる。一般的に使用される経験的データはマイクロストリップ線路のトレース遅延は約140 ps／インチであり，ストリップラインのトレース遅延は約66 ps／インチである。

上で述べたように、PCB上の信号の送信は遅れています。言い換えれば、信号は1つのピンから別のピンに瞬時にトレースを介して送信されません。信号伝送速度は非常に高速であるが、トレース長が十分に長い間、信号伝送に依然として影響する。例えば、1 GHzの信号では、周期は1 nsであり、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時間は、周期の約10分の1であり、100 psである。我々の跡の長さが1インチ（およそ2.54 cm）を超えるならば、トランスミッションの遅れは上昇している縁以上です。トレースが8インチ（約20 cm）を超えるならば、遅れは完全なサイクルでありえます！PCBがそのような大きな影響を持っていることがわかります、我々の板が1インチ以上の跡を持つことは、非常に一般的です。それで、遅れはボードの通常の仕事に影響を及ぼしますか？練習システムを見て、1つの信号だけで、他のシグナルが閉じられたくないなら、遅れはどんな影響もないようです。しかし、高速システムでは、この遅延は実際に効果がある。

例えば、データ線、アドレス線、クロック、および制御線を有するバスの形態で共通のメモリ粒子が接続される。再び我々のビデオインターフェースを見ましょう。どのように多くのチャンネルがHDMIまたはDVIであっても、彼らはデータチャンネルと時計チャンネルを含みます。おそらく、それはいくつかのバス・プロトコルであり、その全てはデータとクロックの同期伝送である。そして、実際の高速方式では、これらのクロック信号とデータ信号は主チップから同期して送られる。我々のPCBレイアウトが貧弱であるならば、クロック信号とデータ信号の長さは非常に異なります。これはデータの間違ったサンプリングを構成するのは簡単ですし、システム全体が正しく動作しません。我々はこの問題を解決するために何をすべきですか？当然、我々は、同じグループの跡の長さが類似しているように、短い長さ跡が長くなるならば、遅れが同じことになると思いますか？その後、どのようにトレースを延長するには？ビンゴ！最後に、トピックに戻るのは簡単ではない。これは高速システムにおける蛇行線の主な効果である。巻線、等しい長さ。それはとても簡単です。蛇行線は、等しい長さを巻くのに使用されます。蛇行線を描いた後に、同じ信号群の同じ長さを達成することができ、信号がチップによって受信された後、PCB回路基板のトレースによって異なる遅延はない。構成データは誤って収集される。蛇行線は他のPCBボード上の配線と同じです。シグナルを接続するのに使われます。彼らはちょうど長く行き、それを持っていない。だから蛇行線は深くないし、あまり複雑ではない。

他のトレースと同じであるため、一般的に使用される配線規則は蛇行線にも適用可能である。同時に蛇行線の特殊構造のため、配線時に注意を払う必要があります。例えば、蛇行線を互いに平行に保つようにしてください。より短い、それは古いことわざは大きな曲がり角の周りに行く、あまりにも小さな地域であまりにも小さいとあまりにも移動しないでください。これは、信号干渉を減らすのを助けます。蛇行線は線長の人為的増加による信号に悪影響を与えなければならないので、システムのタイミング要件を満たすことができる限り、必要でない場合は使用しないでください。いくつかのエンジニアはDDRまたは高速信号を使用してグループ全体を同じ長さにし、ヘビ型のラインはボード上のすべてのフライ。これは、より良い配線です。実際には、これは怠惰な時間と無責任を取るという現れです。配線される必要がない多くの場所は、板の領域を浪費するだけでなく、信号品質を減らすだけでなく、創られます。実際の信号速度要件に基づいて遅延冗長性を計算し，次に基板配線規則を決定する。

同じ長さの効果に加えて、私はインターネット上の記事でしばしば言及される蛇行線のいくつかの他の影響を見ました。簡単な紹介もあります。

一般的に見られる議論はインピーダンス整合の効果である。この議論はとても奇妙だ。PCBトレースのインピーダンスは、線幅、誘電率、基準面の距離に関係する。蛇行線はいつですか。トレースの形状はインピーダンスに影響するか？私は、この声明の源がどこから来るかについて、わかりません。

2 .フィルタリング効果もあります。この効果は欠落しているとは言えないが、デジタル回路にフィルタ効果はない。デジタル回路でこの機能を使う必要があるかもしれません。無線周波数回路において、蛇行トレースは、LC回路を形成することができる。それが特定の周波数の信号にフィルタリング効果を持つならば、それはまだ過去です。

3. Inductance, これは. オリジナルPCB上のすべてのトレースは寄生インダクタンスを有する. それは可能です PCBインダクタ.

4 .アンテナを受け入れてください。我々は、いくつかの携帯電話やラジオにこの効果を見ることができます。いくつかのアンテナは、PCBトレースで作られます。

5 .ヒューズ、この効果は私を困惑させる。どのように、短くて狭い蛇行線は、ヒューズの影響を持ちますか？電流が大きいならば、それは吹きます？その板は役に立たない。このヒューズの値段は大きすぎる。私は本当にそれを使用してどのようなアプリケーションを理解してください。

上記の導入後、蛇行線は、マイクロストリップ線路の特性によって決定されるアナログまたは無線周波数回路の近くにいくつかの特殊効果を有することを明確に理解することができる。ディジタル回路計画において，蛇行線は，同じ長さのタイミングマッチング効果を完了するために使用される。そのうえ、蛇行線は信号品質に影響を及ぼすので、システム要件はシステムで明白でなければなりません、システム冗長性は実用的な要件に従って計算されなければなりません、そして、蛇行線は慎重に使わなければなりません。