Mengapa menggoyangkan trek terdekat pada PCB?

Saya telah membaca sebuah artikel ( TheMagPi eMagazine ) yang berkaitan dengan Raspberry Pi; "Sebuah kotak ARM GNU / Linux seharga $ 25."

Dalam artikel, halaman 17 di bagian bawah itu menunjukkan area pada Pi di mana trek zigzag di sebelah lurus dengan teks penjelasan:

The "goyangan" di trek, memastikan sinyal dicocokkan secara elektrik, mengurangi gangguan dan penundaan sinyal. Ini sangat penting untuk data video kecepatan tinggi dan sinyal HDMI.

Gambar dari artikel menunjukkan goyangan

Saya memiliki pengetahuan yang sangat terbatas tentang teknik elektro, jadi mungkin ini adalah pertanyaan yang sangat sederhana tapi mengapa Anda memasukkan 'goyangan' ini dalam desain PCB?

Saya menyadari kutipan memberi saya jawaban dan saya agak mengerti titik interferensi karena masalah dengan kabel daya dan kabel koaksial yang berjalan berdampingan satu sama lain, tetapi saya akan menghargai sesuatu dengan asumsi sedikit pengetahuan yang menjelaskan mengapa Anda akan mendapatkan masalah dan bagaimana bantuan menggoyangkan. Misalnya, mengapa papan tidak ditutupi goyangan?

pcb pcb-design serpentine-trace

— George Duckett
sumber

Apakah hanya saya atau apakah trek yang digerakkan itu terlihat lebih panjang daripada trek di luar? Dengan mata, saya menduga bahwa hanya satu gerakan saja sudah akan mengimbangi perbedaan panjang sekitar satu sudut 45 derajat. Apakah ada sudut yang tidak bisa kita lihat, dan ini adalah satu-satunya ruang yang tersedia untuk permintaan goyangan terakumulasi?

— Bernd Jendrissek

Itu juga yang saya pikirkan dan jika Anda perhatikan dengan seksama, pasangan kedua lebih pendek dari pasangan yang digerakkan.

— jippie

Dari foto yang satu ini ... tidak ada yang tahu apa yang terjadi di pasangan ini. Koreksi panjang kadang-kadang dikumpulkan di satu ujung seperti ini jika ada sedikit ruang di tempat lain. Konektor umumnya merupakan area dengan kepadatan rendah, sehingga mudah dilakukan di sana. Saya pikir lebih baik untuk mencocokkan panjang dengan koreksi kecil sepanjang panjang jika memungkinkan.

— darron

Jawaban:

Goyangan hadir di jalur dalam di sudut (atau keseluruhan yang lebih pendek) untuk menyamakan panjang lintasan dari pasangan diferensial - yaitu setiap dua kabel yang menggunakan pensinyalan diferensial untuk data cary. Jika trek tidak sama panjangnya, manfaat pembatalan kebisingan dari pensinyalan diferensial akan hilang.

Sementara komponen lapisan fisik dari sebagian besar pensinyalan LVDS modern (PCIe, HDMI, DVI) termasuk buffer de-skew atau 'elastis' untuk mengimbangi panjang lintasan yang berbeda antara pasangan, kemiringan dalam pasangan harus dihindari dengan teknik tata letak fisik ini.

Berikut komentar dari OP:

Mengambil Gigabit ethernet sebagai contoh, karena ini mungkin lebih akrab bagi Anda: Kabel CAT6 memiliki delapan kabel, yang jika Anda merobek selubung insulasi luar dipilin bersama-sama berpasangan, maka kabel 1 + 2 dipelintir bersama sebagai pasangan satu. Di sebelahnya terletak pasangan 2, yaitu kabel 3 + 4 dipilin bersama, pasangan 3 terdiri dari kawat 5 + 6 dipilin bersama dll. Penting untuk menjaga pasangan tetap sama, karena mengandung salinan dari sinyal yang sama yang dikirim dengan kutub yang berlawanan ( satu positif, sedangkan yang lain negatif). Jika dan hanya jika kabel memiliki panjang yang sama, sinyal datang bersamaan (mengingat kecepatan tetap elektron), yang memungkinkan gangguan listrik mode-umum ditolak dalam kopling magnetik.

Namun keempat pasangan itu sendiri tidak harus memiliki panjang yang sama persis karena proses negosiasi otomatis gigbit mengkalibrasi buffer elastis (dan unit pembatalan gema) sedemikian rupa sehingga setiap perbedaan menit dalam waktu kedatangan dihapus sebelum komponen tingkat yang lebih tinggi melakukan pekerjaan mereka.

Hal yang sama terjadi pada papan sirkuit ini. Jejak papan sirkuit yang berdekatan / tertutup adalah "pasangan" dan dijaga agar tetap sama untuk memungkinkan penerima diferensial menolak kebisingan, meskipun secara elektrik bukan secara magnetis. Anda dapat melihat konektor HDMI membawa beberapa pasangan seperti itu, dan tidak ada upaya untuk menjaga satu pasangan sama panjangnya dengan pasangan di sebelahnya ("antara pasangan"). Namun ada beberapa batasan dalam ukuran buffer elastis (dalam byte) setelah kabel menjadi non-operatif atau downgrade. Akan menyenangkan untuk bereksperimen dan menemukan batas dalam milimeter.

Gambar konektor HDMI ini menunjukkan pasangan diferensial: masukkan deskripsi gambar di sini

— shuckc
sumber

Ini mungkin sangat mendasar, tetapi pencarian tidak terlalu membantu. Apa itu pair? Jika sepasang hanya dua komponen yang berbeda maka saya tidak mengerti perbedaan antara within a pairdanbetween pairs

— George Duckett

'pasangan' di sini hanya berarti dua kabel bersebelahan. 'Pasangan diferensial' adalah cara untuk mengirim sinyal yang sama dengan polaritas yang berlawanan, pada dua kabel, yang memungkinkan Anda untuk membatalkan segala gangguan mode-umum pada penerima.

— shuckc

@ GeorgeDuckett: Jika seseorang hanya mengirim tingkat logika pada satu kawat, maka setiap arus yang mengalir di kawat itu harus kembali melalui bidang tanah, dan setiap suara yang diambil oleh kawat atau bidang tanah dapat mempengaruhi sinyal. Untuk menghindari masalah-masalah itu, sinyal kecepatan tinggi sering dikirim menggunakan dua kabel (yang akan saya sebut "X" dan "Y"); logika "1" akan dikirim dengan menggerakkan X tinggi dan rendah Y; logika "0" akan dikirim dengan mengendarai Y tinggi dan X rendah. Perangkat yang menerima sinyal akan menafsirkannya sebagai "1" kapan saja tegangan pada X lebih tinggi dari Y, dan "0" setiap kali Y lebih tinggi dari X.

— supercat

@ GeorgeDuckett: Pada waktu tertentu, arus yang mengalir keluar satu kawat akan cukup seimbang dengan arus di yang lain, sehingga sinyal tidak akan berpasangan dengan arus ke bidang tanah (yang akan dilihat oleh sinyal lain sebagai suara). Lebih lanjut, setiap suara yang muncul pada bidang tanah dari perangkat lain akan terlihat kira-kira sama oleh kedua kabel dalam pasangan, dan dengan demikian tidak mempengaruhi kawat mana yang "lebih tinggi" pada saat tertentu.

— supercat

@shuckc: George Ducket ingin tahu apa arti penting dari "sepasang" kawat itu, karena cara menggoyangkannya menunjukkan bahwa kabel itu berpasangan. Saya bisa menambahkan bahwa untuk sepasang kabel untuk menghilangkan arus ground-plane, perlu bahwa tepi naik pada satu kawat dan tepi jatuh pada yang lain tiba tepat secara bersamaan; bahkan jika logika dapat menangani perbedaan waktu, itu tidak akan dapat menghindari kopling noise tambahan yang akan dihasilkan jika sinyal tiba pada waktu yang berbeda, tetapi jawabannya sudah menyinggung itu.

— supercat

Pada dasarnya, goyangan digunakan dalam situasi di mana ada dua atau lebih (cepat) sinyal yang harus disinkronkan, sehingga tidak tertunda satu sama lain karena panjang lintasan yang berbeda.

Ini sangat penting untuk sinyal yang memiliki garis clock karena, misalnya, pada sistem dengan berbagai jalur data, jika beberapa jalur data lebih panjang dari yang lain, ketika pulsa clock terjadi, mungkin saja tidak semua sinyal telah mencapai penerima untuk data yang dikirim.

Pada gambar Anda dapat melihat bahwa trek bagian dalam adalah yang bergoyang, karena jika lurus maka akan lebih pendek daripada yang luar.

— Bruno Ferreira
sumber

Saya memilih yang ini karena jawaban ini sama bagusnya dengan yang diterima. Panjang lintasan sangat penting untuk sinyal kecepatan tinggi. Saya sudah belajar dengan cara yang sulit.

— bakcsa83