PCB Teknik - Dikkatli olun: yılan sırasının rolünü konuşurken

İnsanların yılan şeklinde sorularını sık sık görebiliyorsunuz. Genelde çoğunun yüksek hızlı yoğunlukta tahtaları olduğu yerlerde yılan çizgilerini görebiliriz. Görünüşe göre yılan çizgileri daha gelişmiş. Eğer yılan çizgilerini çizebilirseniz, bir ustasınız. İnternet üzerinde yılan şeklinde bulunan hatlar hakkında da bir sürü makale var ve ben her zaman bazı postaların içeriğinin yenilerini yoldan çıkaracağını düşünüyorum, insanlara karıştıracağını ve sanatçı engelleri oluşturacaktır. Şimdi yılan çizgisinin pratik uygulamalarında ne yaptığına bir bakalım.

Yıldız çizgisini anlamak için önce PCB yolculuğu hakkında konuşalım. Bu konsept tanıt ılması gerekmiyor. Hardware mühendisi her gün çalışıyor mu? PCB'deki her izleri, donanım mühendisi tarafından birbirine çekilir. Ne diyebilir? Aslında bu basit izler genellikle görmezden gelen bir sürü bilgi noktaları da bulunuyor. Örneğin, mikrostrip çizgisinin ve strip çizgisinin konsepti. Basit olarak, mikrostrip çizgi PCB tahtasının yüzeyinde çalışan izler ve strip çizgi PCB'nin iç katında çalışan izler. Bu iki çizgi arasındaki fark nedir? Mikrostrip çizginin referans uçağı PCB iç katının toprak uçağıdır, ve izlerin diğer tarafı havaya açılır, bu da izlerin etrafında dielektrik konstantünün uyumsuz olmasını neden ediyor. Genelde kullanılan FR4 substratının dielektrik konstantı yaklaşık 4.2 ve havanın dielektrik konstantı 1. Strip çizginin üst ve aşağı tarafından de referans uçakları var, bütün izler PCB substratında kaplı ve izlerin etrafında dielektrik konstantı aynı. Bu da TEM dalgalarını strip çizgisinde yayılmasına neden oluyor, kvasi-TEM dalgalarını mikrostrip çizgisinde yayılırken. Neden küsi-TEM dalgası? Bu, hava ve PCB substratı arasındaki arayüzde fazla uyuşturucu yüzünden neden oluyor. TEM dalgası nedir? Bu konuda daha derin kazarsanız, on ve yarım ay içinde bitiremeyeceksiniz. Uzun bir hikaye kısa etmek için, mikrostrip çizgi ya da strip çizgi olsa da, onların rolü, dijital sinyaller ya da analog sinyaller taşımasından başka bir şey değil. Bu sinyaller bir taraftan diğerine elektromagnetik dalgalar şeklinde yayılır. Dalga olduğu için hızlı olmalı. PCB izlerindeki sinyalin hızı nedir? Diyelektrik konstantlerin farkına göre hızı da farklı. Havadaki elektromagnetik dalgaların yayılma hızı çok bilinen ışık hızı. Diğer medya'daki propagasyon hızı aşağıdaki formülle hesaplamalı: V=C/Er0.5

Aralarında, V ortamdaki propagasyon hızı, C ışığın hızı ve Er ortamın dielektriki konstantüdür. Bu formül aracılığıyla, PCB izlerindeki sinyal transmisi hızını kolayca hesaplayabiliriz. Örneğin, sadece FR4 temel materyalinin dielektrik konstantünü formüle alıyoruz, yani FR4 temel materyalindeki sinyal transmisi hızı ışık hızının yarısı. Fakat yüzeyde izlenmiş mikro strip çizginin yarısı havada ve altyapının yarısı, dielektrik konstantı biraz azalır, bu yüzden transmis hızı strip çizginin diğerinden biraz daha hızlı olacak. Genelde kullanılan empirik veriler mikrostrup çizginin izlerinin gecikmesi yaklaşık 140ps/inç ve strip çizginin izlerinin gecikmesi yaklaşık 166ps/inç.

Yukarıdan bahsetdiği gibi, PCB'deki sinyal iletişimi gecikti sadece bir amaç var. Bu demek oluyor ki, sinyal bir pin gönderildikten sonra bir süre içinde başka bir pine gönderilmez. Sinyal iletişim hızı çok hızlı olsa da, izler uzunluğu yeterince uzun sürece, bu hâlâ sinyal iletişimi etkileyecek. Örneğin, 1GHz sinyali için, dönemin 1ns ve yükselmesi ya da düşen kısmının zamanı periyonun 10'ünün yaklaşık, sonra 100ps. Eğer izlerimizin uzunluğu 1 inç (yaklaşık 2.54 cm) geçerse, yayım gecikmesi yükselen bir kenardan daha fazlası olacak. Eğer izler 8 inç (yaklaşık 20 cm üzerinde) geçirme tam bir döngüdür! PCB'nin bu kadar büyük bir etkisi olduğu ortaya çıktı. Tahtamızın 1 inç fazla izleri olması çok yaygın. Yani gecikme kurulun normal operasyonuna etkiler mi? Gerçek sisteme bakın, eğer sadece bir sinyal olursa ve diğer sinyaller kapanmak istemiyorsa, gecikme etkisi yok gibi görünüyor. Ama hızlı bir sistemde bu gecikme gerçekten etkilenecek. Örneğin, ortak hafıza parçacıklarımız otobüs şeklinde bağlı, veri hatları, adres hatları, saatler ve kontrol hatları ile. Video arayüzümüze bir bakın. Kaç kanal HDMI veya DVI olmasına rağmen, veri kanalları ve saat kanalları içerir. Ya da otobüs protokolleri, bunların hepsi veri ve saat iletişimi eşzamanlı. Sonra, gerçekten yüksek hızlı bir sistemde, bu saat sinyalleri ve veri sinyalleri ana çipten eşzamanlı gönderildi. PCB izleri tasarımımız fakir ise saat sinyalinin uzunluğu ve veri sinyali çok farklıdır. Verilerin yanlış örneklerini neden etmek kolay. Sonra tüm sistem normalde çalışmayacak. Bu sorunu çözmek için ne yapacağız? Doğrusu, kısa uzunlukta izlerin uzunluğunu düşünebiliriz ki aynı grupdaki izlerin uzunluğu aynı, sonra gecikme aynı olacak. O zaman izleri nasıl uzun sürecek? Bingo! Sonunda konuya dönmek kolay değil. Bu, yüksek hızlı sistemdeki yılan çizginin ana fonksiyonudur. Rüzgar, eşit uzunluğu. Bu çok basit. Yılan çizgi eşit uzunluğunu rüzgar etmek için kullanılır. Yıldız çizgisini çizerek, aynı grup sinyallerin aynı uzunluğunu yapabiliriz, bu yüzden çip alındıktan sonra veriler PCB izlerindeki farklı gecikmeler yüzünden neden olmayacak. Yanlış seçim. Yıldız çizgi diğer PCB tahtalarındaki izlerle aynı. Sinyalleri birleştirmek için kullanılır, ama uzun sürdür ve sahip değiller.Yani yılan çizgi derin değil ve çok karmaşık değil. Diğer düzenleme ile aynı olduğundan beri, genelde kullanılan düzenleme kuralları da yılan çizgilerine uygulanır. Aynı zamanda, yılan çizgilerinin özel yapısı yüzünden buna dikkat vermelisiniz, örneğin, yılan çizgilerini mümkün olduğunca uzak tutmayı deneyin. Daha kısa olarak, sözlerin devam ettiği gibi büyük bir eğlence etrafında dolaşın, çok yoğun ve küçük bir bölgede çok küçük olmayın. Hepsi sinyal araştırmalarını azaltmaya yardım ediyor. Yıldız hatı sistemdeki zamanlama ihtiyaçlarını uyguladığı sürece, sinyal üzerinde köt ü etkisi olacak. Bazı mühendisler tüm grup uzunluğunu eşit etmek için DDR veya yüksek hızlı sinyalleri kullanır. Yılan şeklindeki çizgi her yerde uçuyor. Görünüşe göre bu daha iyisi. Aslında bu yumuşak ve sorumsuz. Yara ihtiyacı olmayan birçok yer yara oluyor, bu da tahta bölgesini boşaltır ve sinyal kalitesini de azaltır. Tahtanın düzenleme kurallarını belirlemek için gerçek sinyal hızlı taleplerine göre gecikme azalımı hesaplamalıyız.

Eğer uzunluğun fonksiyonu da artık internette yazılarda sık sık konuşulan yılan çizgisinin diğer fonksiyonlarını görüyorum ve burada da kısa süre konuşacağım.

1. Genelde görülen bir tartışma, impedance eşleşmesinin rolü. Bu ifade çok tuhaf. PCB izlerinin imkansızlığı çizgi genişliği, dielektrik konstantiyle ve referens uçağının uzağına bağlı. Yılan çizgisine ne zaman bağlı? İzlerin biçimi ne zaman impedansı etkiler? Bilmiyorum. Bu ifade nereden geldi?

2. Ayrıca filtreme rolü olduğunu söylenir. Bu fonksiyonun yok olduğunu söyleyemez ama dijital devrelerde filtreme fonksiyonu olmamalı yoksa bu fonksiyonu dijital devrelerde kullanmamız gerekmiyor. Radyo frekansı devrelerinde, yılan izleri bir LC devre oluşturabilir. Eğer belirli frekans sinyaline filtreleme etkisi varsa, hâlâ geçmiştir.

3. Alıcı antene. Bu olabilir. Bu etkisi birkaç cep telefonların veya radyoların üzerinde görebiliriz. Bazı antenler PCB izleriyle yapılır.

4. Induksyon. PCB'deki tüm izler ilk olarak parazit etkisi var. Bazı PCB induktörleri yapmak yeterli.

5. Siktir. Bu etkisi beni şaşırtıyor. Kısa ve kısa yılan kablosu füsatın rolünü nasıl oynar? Eğer akışın büyük olsa, hava mı uçuracak? Tahta işe yaramaz değil. Bu fusunun fiyatı çok yüksek. Ne tür uygulama kullanılacağını gerçekten anlamıyorum.

Yukarıdaki tanıtımlardan, analog veya radyo frekans devrelerinde yılan çizgilerinin mikro strip çizgilerinin özelliklerinden belirlenmiş özel etkileri olduğunu açıklayabiliriz. Dijital devre tasarımında, yılan çizgi, zamanlama eşleştirmesi için eşit uzunluğu için kullanılır. Ayrıca yıldız çizgisi sinyal kalitesine etkileyecek, bu yüzden sistem ihtiyaçlarını sistemde açıklamalı, sistem azalımı gerçek ihtiyaçlarına göre hesaplamalı ve yıldız çizgisi dikkatli olarak kullanılmalı.