pcba線路板設(shè)計(jì)中蛇形線有哪些應(yīng)用？

蛇形線在pcb設(shè)計(jì)中有哪些應(yīng)用

為了理解蛇形線，我們先來(lái)談?wù)動(dòng)∷㈦娐钒宀季€。似乎沒(méi)有必要引入這個(gè)概念。硬件工程師每天做的不便就是接線工作。PCB上的每一條痕跡都是硬件工程師一條條苦心畫(huà)出來(lái)的。有什么好說(shuō)的？其實(shí)這條簡(jiǎn)短的路線也包含了很多我們平時(shí)忽略的知識(shí)點(diǎn)。比如微帶線和帶狀線的概念簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，微帶線是PCB表面的痕跡，而帶狀線是PCB內(nèi)層的痕跡。這兩條線有什么區(qū)別？微帶線的參考平面是印刷電路板內(nèi)層的接地平面，走線的另一側(cè)暴露在空氣中，這意味著走線周圍的介電常數(shù)不常見(jiàn)。例如，F(xiàn)R4襯底的介電常數(shù)約為4.2，空氣的介電常數(shù)為1。帶狀線上下兩側(cè)有參考平面，整個(gè)走線嵌在PCB基板旁邊，走線周圍的介電常數(shù)是共同的。這意味著透射波在帶狀線，透射，而準(zhǔn)透射波在微帶線透射。為什么是準(zhǔn)透射波？呢？這是由空氣和印刷電路板基板之間的界面處的相位失配引起的。什么是瞬變波？如果深挖這個(gè)問(wèn)題，十幾天半都講不完。長(zhǎng)話短說(shuō)，不管是微帶線還是帶狀線，他們的效果都是用來(lái)攜帶信號(hào)的，不管是數(shù)字的還是模擬的。這些信號(hào)以電磁波的形式從一端傳輸?shù)搅硪欢?。因?yàn)槭遣?，所以必須有速度。信?hào)在PCB走線上的速度是多少？根據(jù)介電常數(shù)的不同，速度也不同。電磁波在空氣中的傳播速度被稱為光速。其他介質(zhì)中的傳播速度應(yīng)通過(guò)以下公式計(jì)算：

蛇形線在pcba電路板設(shè)計(jì)中有哪些應(yīng)用？

V=C/Er0.5

同時(shí)，v是介質(zhì)中的傳播速度，c是光速，Er是介質(zhì)的介電常數(shù)。通過(guò)這個(gè)公式，我們可以很容易地計(jì)算出信號(hào)在PCB走線上的傳輸速度。舉個(gè)例子，我們把FR4襯底的介電常數(shù)代入公式進(jìn)行計(jì)算，即信號(hào)在FR4襯底中的傳輸速度是光速的一半。而表面布線的微帶線，由于一半在空氣中，一半在基板中，介電常數(shù)會(huì)略有下降，所以傳輸速度會(huì)比帶狀線略快，常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是微帶線的布線延遲約為140 PS/英寸，帶狀線的布線延遲約為166 PS/英寸。

說(shuō)這么多目的只有一個(gè)，就是信號(hào)在PCB上傳輸延遲！也就是說(shuō)，一個(gè)管腳發(fā)出后，信號(hào)通過(guò)接線瞬間傳輸?shù)搅硪粋€(gè)管腳。雖然信號(hào)傳輸速度很快，但只要走線長(zhǎng)度長(zhǎng)，還是會(huì)影響信號(hào)傳輸。例如，1GHz信號(hào)的周期為1ns，上升沿或下降沿的時(shí)間約為周期的十分之一，因此為100ps。如果我們的路由長(zhǎng)度超過(guò)1英寸(約2.54厘米)，傳輸延遲將超過(guò)一個(gè)上升沿。如果路線超過(guò)8寸(約20 cm)，延誤將是一個(gè)完整的周期！事實(shí)證明，印刷電路板的影響如此之大，以至于我們?cè)陔娐钒迳细櫝^(guò)1英寸的情況非常常見(jiàn)。那么延遲是否會(huì)影響董事會(huì)的正常運(yùn)作呢？看練習(xí)系統(tǒng)，如果只有一個(gè)信號(hào)，其他信號(hào)不想關(guān)，那么推遲似乎沒(méi)有效果。但是，在高速系統(tǒng)中，這種延遲實(shí)際上會(huì)發(fā)生效果。比如我們常見(jiàn)的內(nèi)存粒子是以總線的形式連接的，包括數(shù)據(jù)線、地址線、時(shí)鐘和控制線?？纯次覀兊囊曨l接口，HDMI或DVI會(huì)包括數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道，而不考慮幾個(gè)通道?？赡苡行┛偩€協(xié)議，都是同步傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的。然后，除了實(shí)際的高速系統(tǒng)之外，這些時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)是從主芯片同步發(fā)送的。如果我們的PCB  走線規(guī)劃很差，時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的長(zhǎng)度相差很大，很容易形成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤采樣，整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。解決這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該怎么做？自然，我們會(huì)認(rèn)為，如果短走線延長(zhǎng)，同一組中走線的長(zhǎng)度大致相同，那么延遲將是相同的。那怎么拉長(zhǎng)走線？呢去轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)！答對(duì)了。終于回到正題不容易。這是蛇形線在高速系統(tǒng)效果中的優(yōu)先級(jí)。纏繞，等長(zhǎng)。就是這么短暫。蛇形線是用來(lái)纏繞等長(zhǎng)的。經(jīng)過(guò)畫(huà)蛇形線，后，我們可以使同一組中的信號(hào)長(zhǎng)度相等，這樣接收芯片接收到信號(hào)后，就不會(huì)因?yàn)橛∷㈦娐钒遄呔€上的不同延遲而導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)采集。蛇形線與其他印刷電路板上用于連接信號(hào)的走線相同。沒(méi)有它只會(huì)持續(xù)一會(huì)兒。因此，蛇形線既不深刻也不復(fù)雜。

由于它與其他走線，一樣，一些常用的布線規(guī)則也適用于蛇形線。同時(shí)，由于蛇形線，的特殊結(jié)構(gòu)，我們?cè)诓季€時(shí)應(yīng)該注意它。例如，盡量使蛇形線的平行部分更遠(yuǎn)和更短，也就是說(shuō)，俗話說(shuō)，做一個(gè)大轉(zhuǎn)彎，不要在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)做得太近和太小。所有這些都有助于減少信號(hào)干擾。因?yàn)樯咝尉€人為地增加了線路長(zhǎng)度，所以一定對(duì)信號(hào)有不好的影響，所以只要能滿足系統(tǒng)中的定時(shí)要求，就沒(méi)必要用它。一些使用DDR或高速信號(hào)的工程師將在長(zhǎng)度上是相等的，蛇形線將在整個(gè)板上飛行。這似乎是一個(gè)更好的布線。實(shí)際上，這是懶惰和不負(fù)責(zé)任的體現(xiàn)。很多不需要繞的地方都繞了，浪費(fèi)了板面積，降低了信號(hào)質(zhì)量。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的信號(hào)速度要求計(jì)算延遲的冗余度，然后確定板的布線規(guī)則。

除了等長(zhǎng)效果，我經(jīng)常看到蛇形線的其他文章效果，這里就簡(jiǎn)單說(shuō)一下。

1.常見(jiàn)的說(shuō)法是阻抗匹配效果，很奇怪。PCB  走線的阻抗和線寬度與介電常數(shù)、距基準(zhǔn)面的距離有關(guān)，何時(shí)與蛇形線？有關(guān)走線的形狀何時(shí)影響阻抗？我不知道這個(gè)說(shuō)法的出處。

2.還有過(guò)濾效果。這個(gè)效果不能說(shuō)不存在，但數(shù)字電路效果應(yīng)該沒(méi)有濾波。也許我們?cè)跀?shù)字電路中不需要這個(gè)功能。在射頻電路中，蛇形走線可以形成一個(gè)LC電路。如果把某個(gè)頻率的信號(hào)過(guò)濾掉效果，還是浪費(fèi)過(guò)去。

3.電感，這個(gè)可以有。最初，印刷電路板上的所有走線都有寄生電感。可以做一些PCB電感。

4.接收天線，這個(gè)可以有。我們都可以在一些手機(jī)或者收音機(jī)上看到這個(gè)效果。有些天線是由走線印刷電路板制成的

5.保險(xiǎn)絲，這個(gè)效果讓我百思不得其解。又矮又窄的蛇形線是怎么充當(dāng)導(dǎo)火索的效果？電流大了就燒壞了？那塊木板沒(méi)有浪費(fèi)。這根保險(xiǎn)絲的成本太高了。真不知道會(huì)用在什么樣的應(yīng)用上。

經(jīng)過(guò)以上介紹，我們可以清楚地看到，模擬或射頻電路附近的蛇形線效果有一些特殊之處，這是由微帶線的特性決定的。除數(shù)字電路規(guī)劃外，蛇形線還用于等長(zhǎng)效果的定時(shí)匹配。此外，蛇形線將對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此系統(tǒng)要求應(yīng)在系統(tǒng)中明確，會(huì)計(jì)系統(tǒng)的冗余應(yīng)根據(jù)實(shí)踐要求，蛇形線應(yīng)謹(jǐn)慎使用。