在規(guī)劃pcb線路板圖紙中，會(huì)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(huì)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(huì)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(shí)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(jì)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(gè)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(shí)便是這簡(jiǎn)略的走線也包含了許多咱們平常會(huì)疏忽的知識(shí)點(diǎn)。比方說，微帶線和帶狀線的概念。簡(jiǎn)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(gè)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(gè)問題深挖下去的話，講上十天半個(gè)月也講不完。長(zhǎng)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(hào)，無論數(shù)字信號(hào)或許模擬信號(hào)。這些信號(hào)在走線里以電磁波的形式從一端傳輸?shù)搅硪欢?。既然是波，那就要有?度。信號(hào)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：
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(gè)公式咱們就能輕松的核算出信號(hào)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(jiǎn)略以4來帶入公式核算，也便是信號(hào)在FR4基材中的傳輸速度是光速的一半。可是表層走線的微帶線，因?yàn)橐话朐诳諝庵校话朐诨闹?，介電常?shù) 會(huì)略有降低，這樣傳輸速度會(huì)比帶狀線略快一些。常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)便是微帶線的走線延時(shí)大約為140ps/inch,帶狀線的走線延時(shí)大約為166ps /inch。
前面說了這么多只有一個(gè)目的，那便是信號(hào)在PCB上的傳輸是有延時(shí)的!也便是說信號(hào)并不是在一個(gè)管腳發(fā)送出去以后，瞬間就經(jīng)過走線傳輸?shù)搅硪粋€(gè)管腳。盡管 信號(hào)傳輸?shù)乃俣群芸?，可是只要走線長(zhǎng)度滿足長(zhǎng)，還是會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸帶來影響。比方說一個(gè)1GHz的信號(hào)，周期是1ns，上升沿或許下降沿的時(shí)間大約為周期的 十分之一，那么便是100ps。假如咱們的走線長(zhǎng)度超越1inch(大約2.54厘米)，那么傳輸?shù)耐七t就差出了一個(gè)上升沿還要多的時(shí)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(gè)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(huì)對(duì)板子正常 工作有影響么?看看實(shí)踐體系，假如僅僅一個(gè)信號(hào)，和其他信號(hào)不想關(guān)，那么推遲好像不會(huì)有什么影響。可是，在高速體系里，這個(gè)推遲是會(huì)實(shí)實(shí)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(shí)鐘，有控制線。再看看咱們的視頻接口，HDMI或許DVI無論幾個(gè)通道，都會(huì)包含 數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道。或許是一些總線協(xié)議，都是數(shù)據(jù)和時(shí)鐘同步傳輸。那么，在實(shí)踐的高速體系傍邊，這些時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的長(zhǎng)度相差很大，那么很容易就能構(gòu)成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤采樣，那么整個(gè)體系也就不會(huì)正常工作了。要解決這個(gè) 問題怎么辦呢?很自然的咱們就會(huì)想到，把長(zhǎng)度短的走線加長(zhǎng)，讓同組的走線長(zhǎng)度差不多，那不就推遲相同了?那怎么把走線加長(zhǎng)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(zhǎng)。便是這么簡(jiǎn)略。蛇形線便是用來繞等長(zhǎng)的，經(jīng)過畫蛇形線，咱們能讓同組信號(hào)實(shí) 現(xiàn)等長(zhǎng)，這樣在接納芯片接納到信號(hào)后就不會(huì)因?yàn)镻CB電路板走線上的不同延時(shí)構(gòu)成數(shù)據(jù)的錯(cuò)采了。蛇形線和其他pcb板上的走線相同，都是用來連接信號(hào)的， 僅僅走的長(zhǎng)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(duì)蛇形線也是適用的，同時(shí)因?yàn)樯咝尉€的特殊結(jié)構(gòu)，在布線時(shí)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(hào)干擾。蛇形線因?yàn)槿斯さ脑黾恿司€長(zhǎng)，對(duì)信號(hào)必定是有壞的影響的，所以在系 統(tǒng)中只要能滿足時(shí)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(hào)就會(huì)去做全組等長(zhǎng)，蛇形線滿板飛，好像這樣便是更好的布線，實(shí)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(hào)質(zhì)量。咱們應(yīng)該依據(jù)實(shí)踐的信號(hào)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(zhǎng)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(gè)效果，這兒也簡(jiǎn)略說一下。
1.常常看到的一個(gè)說法是阻抗匹配的效果，這個(gè)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(shí)候和蛇形線有關(guān)了?走線的形狀什么時(shí)候影響到阻抗了?不知道這個(gè)說法的源頭是從哪來的。
2.還有說是濾波的效果，這個(gè)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(gè)功用的。在射頻電路里，蛇形的走線能構(gòu)成一個(gè)LC電路，假如說對(duì)必定頻率的信號(hào)有濾波效果那還是說的曩昔的。
3.電感，這個(gè)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(gè)能夠有。在有些手機(jī)或許收音機(jī)上咱們都能看到這個(gè)效果。有些天線便是用PCB走線來做的。
5.保險(xiǎn)絲，這個(gè)效果讓我百思不得其解。短而窄的蛇形線怎么起到保險(xiǎn)絲的效果呢?電流一大就燒斷?那板子不是廢了，這個(gè)保險(xiǎn)絲的代價(jià)太大了吧，實(shí)在想不明白會(huì)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(zhǎng)完成 時(shí)序匹配的效果。并且，蛇形線會(huì)對(duì)信號(hào)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(shí)踐要求核算體系冗余，謹(jǐn)慎運(yùn)用蛇形線。
