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pcba線路板設(shè)計中蛇形線有哪些應(yīng)用?

日期:2021-08-19 21:57:52

  在規(guī)劃pcb線路板圖紙中,會常常能看到有人在問蛇形線的問題。平常咱們能看到蛇形線的地方大都是一些高速高密度板,如同帶有蛇形線的板子就更高檔,會畫 蛇形線便是高手了。網(wǎng)上關(guān)于蛇形線的文章也有許多,總感覺有些帖子的內(nèi)容會誤導(dǎo)新手,給人們帶來困擾,人為制造一些障礙。那么咱們來看看實踐運(yùn)用傍邊蛇形 線到底有什么效果。

  解析pcb線路板設(shè)計中蛇形線應(yīng)用有哪些

  要弄懂蛇形線,咱們先來說說PCB走線。這個概念好像不用介紹,做硬件的工程師每天在做的不便是布線工作么。PCB上的每條走線都是硬件工程師辛苦的一條 一條畫出來的,這有什么可說的呢?其實便是這簡略的走線也包含了許多咱們平常會疏忽的知識點(diǎn)。比方說,微帶線和帶狀線的概念。簡略地說微帶線是走在PCB 板表層的走線,帶狀線是走在PCB內(nèi)層的走線。這兩種線有什么差異呢?微帶線的參閱平面是PCB內(nèi)層的地平面,走線的另一面是暴露在空氣中的,這樣就構(gòu)成 了走線四周的介電常數(shù)并不共同,比方咱們常用的FR4基板介電常數(shù)是4.2左右,空氣的介電常數(shù)是1。而帶狀線上下兩面都有參閱平面,整個走線是嵌入在 PCB線路板基材傍邊的,走線四周的介電常數(shù)是共同的。這也就構(gòu)成了帶狀線上傳輸?shù)氖荰EM波,而微帶線傳輸?shù)氖菧?zhǔn)TEM波。為什么是準(zhǔn)TEM波?那是由 于在空氣和PCB基材交界處的相位不匹配構(gòu)成的。什么是TEM波?......假如就這個問題深挖下去的話,講上十天半個月也講不完。長話短說,無論是微 帶線還是帶狀線,他們的效果無非便是用來承載信號,無論數(shù)字信號或許模擬信號。這些信號在走線里以電磁波的形式從一端傳輸?shù)搅硪欢恕<热皇遣?,那就要有?度。信號在PCB走線上的速度是多少呢?依據(jù)介電常數(shù)的差異,速度也不相同。電磁波在空氣中的傳播速度是大家都熟知的光速。在其他介質(zhì)中的傳播速度就要通 過下面的公式來核算:

pcba線路板設(shè)計中蛇形線有哪些應(yīng)用?

  V=C/Er0.5

  其間,V是在介質(zhì)中的傳播速度,C是光速,Er是介質(zhì)的介電常數(shù)。經(jīng)過這個公式咱們就能輕松的核算出信號在PCB走線上的傳輸速度。比方咱們把FR4基材 的介電常數(shù)簡略以4來帶入公式核算,也便是信號在FR4基材中的傳輸速度是光速的一半??墒潜韺幼呔€的微帶線,因為一半在空氣中,一半在基材中,介電常數(shù) 會略有降低,這樣傳輸速度會比帶狀線略快一些。常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)便是微帶線的走線延時大約為140ps/inch,帶狀線的走線延時大約為166ps /inch。

  前面說了這么多只有一個目的,那便是信號在PCB上的傳輸是有延時的!也便是說信號并不是在一個管腳發(fā)送出去以后,瞬間就經(jīng)過走線傳輸?shù)搅硪粋€管腳。盡管 信號傳輸?shù)乃俣群芸欤墒侵灰呔€長度滿足長,還是會對信號傳輸帶來影響。比方說一個1GHz的信號,周期是1ns,上升沿或許下降沿的時間大約為周期的 十分之一,那么便是100ps。假如咱們的走線長度超越1inch(大約2.54厘米),那么傳輸?shù)耐七t就差出了一個上升沿還要多的時間,假如走線超越 8inch(大約20厘米),那么推遲就能整整差出一個周期!原來PCB的影響這么大,咱們板子上超越1inch的走線是很常見的。那么推遲會對板子正常 工作有影響么?看看實踐體系,假如僅僅一個信號,和其他信號不想關(guān),那么推遲好像不會有什么影響??墒?,在高速體系里,這個推遲是會實實在在的發(fā)生效果 的。

  比方咱們常見的內(nèi)存顆粒,是以總線形式連接的,有數(shù)據(jù)線,有地址線,有時鐘,有控制線。再看看咱們的視頻接口,HDMI或許DVI無論幾個通道,都會包含 數(shù)據(jù)通道和時鐘通道。或許是一些總線協(xié)議,都是數(shù)據(jù)和時鐘同步傳輸。那么,在實踐的高速體系傍邊,這些時鐘信號和數(shù)據(jù)信號都是同步的從主芯片中發(fā)送出來 的,假如咱們的PCB走線規(guī)劃很差,時鐘信號和數(shù)據(jù)信號的長度相差很大,那么很容易就能構(gòu)成數(shù)據(jù)的錯誤采樣,那么整個體系也就不會正常工作了。要解決這個 問題怎么辦呢?很自然的咱們就會想到,把長度短的走線加長,讓同組的走線長度差不多,那不就推遲相同了?那怎么把走線加長呢?繞唄!Bingo! 終于繞回主題了,真不容易。這便是蛇形線在高速體系中的首要效果。繞線,等長。便是這么簡略。蛇形線便是用來繞等長的,經(jīng)過畫蛇形線,咱們能讓同組信號實 現(xiàn)等長,這樣在接納芯片接納到信號后就不會因為PCB電路板走線上的不同延時構(gòu)成數(shù)據(jù)的錯采了。蛇形線和其他PCB板上的走線相同,都是用來連接信號的, 僅僅走的長一些而已,無它。所以蛇形線并不高深,也沒多復(fù)雜。

  既然和其他走線相同,那么一些常用的布線規(guī)矩對蛇形線也是適用的,同時因為蛇形線的特殊結(jié)構(gòu),在布線時要注意到,比方盡量讓蛇形線彼此平行的部分遠(yuǎn)一點(diǎn), 短一點(diǎn),也便是俗話說的繞大彎,不要在小范圍內(nèi)繞的太密太小。這都有助于減小信號干擾。蛇形線因為人工的增加了線長,對信號必定是有壞的影響的,所以在系 統(tǒng)中只要能滿足時序要求,能不用就不要用。有些工程師凡是用到DDR或許用到高速信號就會去做全組等長,蛇形線滿板飛,好像這樣便是更好的布線,實踐上這 是偷閑不負(fù)責(zé)任的體現(xiàn)。許多不需要繞線的地方繞線了,浪費(fèi)了板子的面積不說,也降低了信號質(zhì)量。咱們應(yīng)該依據(jù)實踐的信號速度要求核算推遲的冗余度,然后確 定好板子的布線規(guī)矩。

  除了等長的效果以外,看到網(wǎng)絡(luò)上的文章中常常提到蛇形線的其他幾個效果,這兒也簡略說一下。

  1.常??吹降囊粋€說法是阻抗匹配的效果,這個說法很古怪,PCB走線的阻抗和線寬有關(guān),和介電常數(shù)有關(guān),和參閱平面的距離有關(guān),什么時候和蛇形線有關(guān)了?走線的形狀什么時候影響到阻抗了?不知道這個說法的源頭是從哪來的。

  2.還有說是濾波的效果,這個效果不能說沒有,可是在數(shù)字電路里邊應(yīng)該沒有濾波的效果或許說在數(shù)字電路里邊咱們是不需要用到這個功用的。在射頻電路里,蛇形的走線能構(gòu)成一個LC電路,假如說對必定頻率的信號有濾波效果那還是說的曩昔的。

  3.電感,這個能夠有。原本PCB上的一切走線都有寄生電感。要做一些PCB電感是能夠完成的。

  4.接納天線,這個能夠有。在有些手機(jī)或許收音機(jī)上咱們都能看到這個效果。有些天線便是用PCB走線來做的。

  5.保險絲,這個效果讓我百思不得其解。短而窄的蛇形線怎么起到保險絲的效果呢?電流一大就燒斷?那板子不是廢了,這個保險絲的代價太大了吧,實在想不明白會在什么樣的運(yùn)用中用到。

  經(jīng)過上面的介紹咱們能夠清晰,在模擬或許射頻電路傍邊,蛇形線有些特殊效果,這是微帶線特性決定的。而在數(shù)字電路規(guī)劃傍邊,蛇形線便是用來做等長完成 時序匹配的效果。并且,蛇形線會對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響,所以在體系中應(yīng)該清晰體系需求,依據(jù)實踐要求核算體系冗余,謹(jǐn)慎運(yùn)用蛇形線。


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