pcba线路板设计中蛇形线有哪些应用?

2020-05-13 雅鑫达电子 41

  在规划pcb线路板图纸中,会常常能看到有人在问蛇形线的问题。平常咱们能看到蛇形线的地方大都是一些高速高密度板,如同带有蛇形线的板子就更高档,会画 蛇形线便是高手了。网上关于蛇形线的文章也有许多,总感觉有些帖子的内容会误导新手,给人们带来困扰,人为制造一些障碍。那么咱们来看看实践运用傍边蛇形 线到底有什么效果。

  解析pcb线路板设计中蛇形线应用有哪些

  要弄懂蛇形线,咱们先来说说PCB走线。这个概念好像不用介绍,做硬件的工程师每天在做的不便是布线工作么。PCB上的每条走线都是硬件工程师辛苦的一条 一条画出来的,这有什么可说的呢?其实便是这简略的走线也包含了许多咱们平常会疏忽的知识点。比方说,微带线和带状线的概念。简略地说微带线是走在PCB 板表层的走线,带状线是走在PCB内层的走线。这两种线有什么差异呢?微带线的参阅平面是PCB内层的地平面,走线的另一面是暴露在空气中的,这样就构成 了走线四周的介电常数并不共同,比方咱们常用的FR4基板介电常数是4.2左右,空气的介电常数是1。而带状线上下两面都有参阅平面,整个走线是嵌入在 PCB线路板基材傍边的,走线四周的介电常数是共同的。这也就构成了带状线上传输的是TEM波,而微带线传输的是准TEM波。为什么是准TEM波?那是由 于在空气和PCB基材交界处的相位不匹配构成的。什么是TEM波?......假如就这个问题深挖下去的话,讲上十天半个月也讲不完。长话短说,无论是微 带线还是带状线,他们的效果无非便是用来承载信号,无论数字信号或许模拟信号。这些信号在走线里以电磁波的形式从一端传输到另一端。既然是波,那就要有速 度。信号在PCB走线上的速度是多少呢?依据介电常数的差异,速度也不相同。电磁波在空气中的传播速度是大家都熟知的光速。在其他介质中的传播速度就要通 过下面的公式来核算:

pcba线路板设计中蛇形线有哪些应用?

  V=C/Er0.5

  其间,V是在介质中的传播速度,C是光速,Er是介质的介电常数。经过这个公式咱们就能轻松的核算出信号在PCB走线上的传输速度。比方咱们把FR4基材 的介电常数简略以4来带入公式核算,也便是信号在FR4基材中的传输速度是光速的一半。可是表层走线的微带线,因为一半在空气中,一半在基材中,介电常数 会略有降低,这样传输速度会比带状线略快一些。常用的经验数据便是微带线的走线延时大约为140ps/inch,带状线的走线延时大约为166ps /inch。

  前面说了这么多只有一个目的,那便是信号在PCB上的传输是有延时的!也便是说信号并不是在一个管脚发送出去以后,瞬间就经过走线传输到另一个管脚。尽管 信号传输的速度很快,可是只要走线长度满足长,还是会对信号传输带来影响。比方说一个1GHz的信号,周期是1ns,上升沿或许下降沿的时间大约为周期的 十分之一,那么便是100ps。假如咱们的走线长度超越1inch(大约2.54厘米),那么传输的推迟就差出了一个上升沿还要多的时间,假如走线超越 8inch(大约20厘米),那么推迟就能整整差出一个周期!原来PCB的影响这么大,咱们板子上超越1inch的走线是很常见的。那么推迟会对板子正常 工作有影响么?看看实践体系,假如仅仅一个信号,和其他信号不想关,那么推迟好像不会有什么影响。可是,在高速体系里,这个推迟是会实实在在的发生效果 的。

  比方咱们常见的内存颗粒,是以总线形式连接的,有数据线,有地址线,有时钟,有控制线。再看看咱们的视频接口,HDMI或许DVI无论几个通道,都会包含 数据通道和时钟通道。或许是一些总线协议,都是数据和时钟同步传输。那么,在实践的高速体系傍边,这些时钟信号和数据信号都是同步的从主芯片中发送出来 的,假如咱们的PCB走线规划很差,时钟信号和数据信号的长度相差很大,那么很容易就能构成数据的错误采样,那么整个体系也就不会正常工作了。要解决这个 问题怎么办呢?很自然的咱们就会想到,把长度短的走线加长,让同组的走线长度差不多,那不就推迟相同了?那怎么把走线加长呢?绕呗!Bingo! 终于绕回主题了,真不容易。这便是蛇形线在高速体系中的首要效果。绕线,等长。便是这么简略。蛇形线便是用来绕等长的,经过画蛇形线,咱们能让同组信号实 现等长,这样在接纳芯片接纳到信号后就不会因为PCB电路板走线上的不同延时构成数据的错采了。蛇形线和其他PCB板上的走线相同,都是用来连接信号的, 仅仅走的长一些而已,无它。所以蛇形线并不高深,也没多复杂。

  既然和其他走线相同,那么一些常用的布线规矩对蛇形线也是适用的,同时因为蛇形线的特殊结构,在布线时要注意到,比方尽量让蛇形线彼此平行的部分远一点, 短一点,也便是俗话说的绕大弯,不要在小范围内绕的太密太小。这都有助于减小信号干扰。蛇形线因为人工的增加了线长,对信号必定是有坏的影响的,所以在系 统中只要能满足时序要求,能不用就不要用。有些工程师凡是用到DDR或许用到高速信号就会去做全组等长,蛇形线满板飞,好像这样便是更好的布线,实践上这 是偷闲不负责任的体现。许多不需要绕线的地方绕线了,浪费了板子的面积不说,也降低了信号质量。咱们应该依据实践的信号速度要求核算推迟的冗余度,然后确 定好板子的布线规矩。

  除了等长的效果以外,看到网络上的文章中常常提到蛇形线的其他几个效果,这儿也简略说一下。

  1.常常看到的一个说法是阻抗匹配的效果,这个说法很古怪,PCB走线的阻抗和线宽有关,和介电常数有关,和参阅平面的距离有关,什么时候和蛇形线有关了?走线的形状什么时候影响到阻抗了?不知道这个说法的源头是从哪来的。

  2.还有说是滤波的效果,这个效果不能说没有,可是在数字电路里边应该没有滤波的效果或许说在数字电路里边咱们是不需要用到这个功用的。在射频电路里,蛇形的走线能构成一个LC电路,假如说对必定频率的信号有滤波效果那还是说的曩昔的。

  3.电感,这个能够有。原本PCB上的一切走线都有寄生电感。要做一些PCB电感是能够完成的。

  4.接纳天线,这个能够有。在有些手机或许收音机上咱们都能看到这个效果。有些天线便是用PCB走线来做的。

  5.保险丝,这个效果让我百思不得其解。短而窄的蛇形线怎么起到保险丝的效果呢?电流一大就烧断?那板子不是废了,这个保险丝的代价太大了吧,实在想不明白会在什么样的运用中用到。

  经过上面的介绍咱们能够清晰,在模拟或许射频电路傍边,蛇形线有些特殊效果,这是微带线特性决定的。而在数字电路规划傍边,蛇形线便是用来做等长完成 时序匹配的效果。并且,蛇形线会对信号质量产生影响,所以在体系中应该清晰体系需求,依据实践要求核算体系冗余,谨慎运用蛇形线。