PCB技術 - 注意：蛇行線の作用について

この蛇の形の質問をする人をよく見かけます。通常、高速高密度板のほとんどの場所で蛇行した線を見ることができます。線が蛇行しているように見える板の方が高級です。蛇行した線を描くことができれば、あなたはマスターです。ネット上にも蛇行線に関する文章がたくさんありますが、私はいつもいくつかの投稿の内容が初心者を誤解し、困惑させ、人為的な障害を作ると思っています。そこで、実際の応用における蛇行線の役割を見てみましょう。

蛇行回路を理解するために、まずPCB配線についてお話しします。この概念は導入する必要はないようだ。ハードウェアエンジニアは毎日配線作業をしているのではないでしょうか。PCB上の各トレースはハードウェアエンジニアによって描画されています。何と言えますか。実際、この簡単な痕跡には、私たちが一般的に無視している知識点も多く含まれています。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。簡単に言えば、マイクロストリップワイヤはPCB基板の表面上で動作するトレースであり、ストリップワイヤはプリント基板の内層上で動作するトレースである。この2本の線の違いは何ですか。マイクロストリップワイヤの基準平面はPCB内層の接地平面であり、トレースの反対側が空気中に露出しているため、トレースの周囲の誘電率が一致しないことがあります。例えば、私たちがよく使うFR 4基板の誘電率は約4.2で、空気の誘電パラメータは1です。リボンワイヤの上側と下側には基準平面があり、トレース全体がPCB基板に埋め込まれ、トレース周りの誘電率は同じである。これはまた、TEM波が帯状線上を伝送し、準TEM波がマイクロストリップ線上を伝送することにもつながる。なぜ準TEM波なのでしょうか。これは空気とPCB基板との界面における位相不整合に起因する。TEM波とは？。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。もしあなたがこの問題をもっと深く研究すれば、あなたは10ヶ月半以内にそれを完成することはできません。簡単に言えば、マイクロストリップラインであれ、ストリップラインであれ、その役割はデジタル信号であれ、アナログ信号であれ、キャリア信号にほかならない。これらの信号は、トラック内で一端から他端へ電磁波の形で伝送される。波である以上、スピードが必要です。PCBトレース線の信号速度はどのくらいですか。誘電率によって速度が異なります。空気中での電磁波の伝播速度は周知の光速である。他のメディアにおける伝播速度は、V=C/Er 0.5

ここで、Vは媒体中の伝播速度、Cは光速、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することができます。例えば、FR 4基材における信号の伝送速度が光速の半分であるFR 4基材の誘電率を簡単に代入して計算します。しかし、表面を追跡するマイクロストリップワイヤの半分は空気中にあり、半分は基板中にあるため、誘電率はわずかに低下するため、伝送速度はストリップワイヤよりもやや速くなる。一般的な経験データは、マイクロストリップラインのトラック遅延が約140 ps/インチであり、ストリップラインのトラック遅延が約166 ps/インチである。

上述したように、PCB上での遅延信号の伝送だけが目的です！つまり、一方のピンが送信された後、信号が瞬時に配線を介して他方のピンに転送されることはありません。信号伝送速度は速いが、トレース長が十分に長い限り、信号伝送に影響を与える。例えば、1 GHz信号の場合、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。トラックの長さが1インチ（約2.54 cm）を超えると、転送遅延は立ち上がりエッジを超えます。トラックが8インチ（約20 cm）を超えると、遅延は完全なサイクルになります！PCBの影響がこのように大きいことは、私たちの回路基板のトレースが1インチを超えるのは非常に一般的であることを証明しています。では、遅延は取締役会の正常な運営に影響しますか。実際のシステムを見てみると、それが信号であり、他の信号がオフにされたくない場合、遅延は何の影響もないようです。しかし、高速システムでは、この遅延は実際には有効になります。たとえば、一般的なメモリパーティクルは、データ線、アドレス線、クロック、制御線などのバスとして接続されています。私たちのビデオインタフェースを見てください。HDMIまたはDVIのチャネルの数にかかわらず、データチャネルとクロックチャネルが含まれます。あるいは、データとクロックの同期転送であるバスプロトコルもあります。そして、実際の高速システムでは、これらのクロック信号とデータ信号はメインチップから同期して送信される。PCBトレースの設計が悪いと、クロック信号とデータ信号の長さが非常に異なります。これにより、システム全体が正常に動作しないように、データの誤サンプリングが発生しやすくなります。私たちはこの問題を解決するために何をすべきですか。もちろん、同じグループのトレースの長さが同じになるように短いトレースを延長することを考えますが、遅延は同じになりますか？ではどうやって跡を伸ばすのか！正解した最後に、テーマに戻るのは容易ではありません。これは高速システムにおける蛇行回路の主な機能である。巻線、等長。これだけ簡単です。蛇行線は、等しい長さを巻き付けるために使用されます。蛇行線を描画することで、チップが信号を受信すると、PCBトレース線の異なる遅延によってデータが生成されないように、同じセットの信号を同じ長さにすることができます。選択を誤る。蛇行線は他のPCBボード上のトレースと同じです。信号を接続するために使用されていますが、長く、ありません。だから蛇行線は深くなく、複雑ではありません。これは他の配線と同じであるため、一般的な配線規則のいくつかは蛇行線にも適用されます。同時に、蛇行線路の特殊な構造のため、配線の際には、例えば、蛇行線路をできるだけ平行にするように注意しなければならない。短い、つまり、大きなカーブを曲がって、小さい範囲で密集したり、小さすぎたりしないようにということわざがあります。これはすべて信号干渉を減らすのに役立ちます。人為的に回線長を増加させるため、蛇行回線は信号に悪影響を与えるので、システム中のタイミング要件を満たすことができれば使用しないでください。一部のエンジニアはDDRまたは高速信号を使用してグループ全体の長さを等しくします。その蛇の形をした糸はどこにでも飛んでいる。これはもっと良い路線だと思います。実は、これは怠惰で無責任です。絡まる必要のない箇所が多く絡まり、これによりプレートの面積が無駄になり、信号品質も低下します。実際の信号速度要件に基づいて遅延冗長度を計算し、ボードの配線規則を決定する必要があります。

等長の関数を除いて、私はネット上で文章の中でよく言及されている蛇行線の他のいくつかの関数を見て、私もここで簡単に話をします。

1.よくある論点はインピーダンス整合の役割である。この言い方はおかしい。PCBトレースのインピーダンスは線幅、誘電率、基準平面からの距離に関係している。それはいつ蛇行線と関係がありますか。トレースの形状がインピーダンスに影響するのはいつですか。私は知らない。この言葉はどこから来たのですか。

2.フィルタリングの役割だという人もいます。この機能はないとは言えませんが、デジタル回路にフィルタ機能があるべきではないか、デジタル回路でこの機能を使用する必要はありません。無線周波数回路では、蛇行軌跡はLC回路を形成することができる。もしそれがある周波数の信号にフィルタリング作用があるならば、それは依然として過去のものである。

3.受信アンテナ。はい。私たちはいくつかの携帯電話やラジオでこの効果を見ることができます。一部のアンテナはPCBトレースで作られている。

4.インダクタンス。これはそうかもしれません。PCB上のすべてのトレースは最初に寄生インダクタンスを持っています。いくつかのPCBインダクタを作製することは可能である。

5.ヒューズ。この効果は私を困惑させた。短くて狭い蛇行電線はどのようにヒューズの役割を果たしているのか。もし電流が大きいと、それは吹きますか。この板は役に立たないわけではない。このヒューズの価格は高すぎる。どのようなアプリケーションに使用されるのか本当に分かりません。

以上の紹介を通じて、シミュレーションまたは無線周波数回路において、蛇行線はいくつかの特殊な効果を持っており、これらの効果はマイクロストリップ線の特性によって決定されることを明らかにすることができる。デジタル回路設計では、等長の蛇行線を用いてタイミングマッチングを実現している。また、蛇行回路は信号品質に影響を与えるので、システムの中でシステムの要求を明確にし、実際の要求に基づいてシステムの冗長度を計算し、蛇行回路を慎重に使用しなければならない。