Tại sao phải lắc lư theo dõi gần đó trên PCB?

Tôi đã đọc một bài báo ( TheMagPi eMagazine ) liên quan đến Raspberry Pi; "Một hộp ARM GNU / Linux với giá 25 đô la."

Trong bài viết, trang 17 ở dưới cùng, nó hiển thị một khu vực trên Pi nơi đường đua ngoằn ngoèo bên cạnh một đường thẳng có văn bản giải thích:

Các wiggles rung động theo dõi, đảm bảo tín hiệu được khớp bằng điện, giảm nhiễu và trễ tín hiệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với dữ liệu video tốc độ cao và tín hiệu HDMI.

Hình ảnh từ bài báo cho thấy những cái lắc lư

Tôi có kiến thức rất hạn chế về kỹ thuật điện nên có lẽ đây là một câu hỏi rất đơn giản nhưng tại sao bạn lại kết hợp những 'cái lắc lư' này trong một thiết kế PCB?

Tôi nhận ra câu trích dẫn cho tôi một câu trả lời và tôi hiểu được điểm giao thoa do sự cố với cáp nguồn và cáp đồng trục chạy cạnh nhau nhưng tôi đánh giá cao một cái gì đó giả sử rất ít kiến thức giải thích tại sao bạn sẽ gặp vấn đề và làm thế nào ngọ nguậy giúp. Ví dụ, tại sao bảng không được phủ sóng?

pcb pcb-design serpentine-trace

— Vịt George
nguồn

Có phải chỉ tôi hoặc những bản nhạc bị uốn cong trông giống như chúng dài hơn tổng số bản nhạc bên ngoài? Bằng mắt, tôi đoán rằng chỉ cần một cái lắc lư thôi cũng sẽ bù cho sự chênh lệch chiều dài quanh một góc 45 độ. Có những góc chúng ta không thể nhìn thấy, và đây là không gian duy nhất có sẵn cho nhu cầu ngọ nguậy tích lũy?

— Bernd Jendrissek

Đó cũng là suy nghĩ của tôi và nếu bạn nhìn kỹ, cặp thứ hai ngắn hơn các cặp khác.

— jippie

Từ bức ảnh này ... không có điều gì nói về những gì xảy ra ở cặp đôi này. Việc hiệu chỉnh độ dài đôi khi bị dồn lại ở một đầu như thế này nếu có ít phòng ở nơi khác. Kết nối là một khu vực mật độ thấp nói chung, vì vậy thật dễ dàng để làm điều đó. Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng nên kết hợp các độ dài với các hiệu chỉnh nhỏ hơn dọc theo toàn bộ chiều dài nếu có thể.

— darron

Câu trả lời:

Sự uốn lượn có mặt trên rãnh bên trong ở các góc (hoặc tổng thể ngắn hơn) để cân bằng độ dài rãnh của một cặp vi sai - đó là bất kỳ hai dây nào sử dụng tín hiệu vi sai cho dữ liệu cary. Nếu các rãnh không có cùng độ dài, lợi ích khử nhiễu của tín hiệu vi sai sẽ bị mất.

Mặc dù các thành phần lớp vật lý của hầu hết các tín hiệu LVDS hiện đại (PCIe, HDMI, DVI) bao gồm bộ đệm khử hoặc 'đàn hồi' để bù cho độ dài rãnh khác nhau giữa các cặp, nhưng phải tránh lệch trong một cặp với các kỹ thuật bố trí vật lý này.

Theo ý kiến của OP:

Lấy Gigabit ethernet làm ví dụ, vì điều này có thể quen thuộc hơn với bạn: Cáp CAT6 có tám dây, nếu bạn xé vỏ bọc cách điện bên ngoài được xoắn lại với nhau, vì vậy các dây 1 + 2 được xoắn lại với nhau như một cặp. Bên cạnh cặp nằm 2 này, đó là dây 3 + 4 được xoắn với nhau, cặp 3 gồm dây 5 + 6 được xoắn với nhau, v.v ... Điều quan trọng là giữ cho các cặp có cùng độ dài, bởi vì chúng chứa các bản sao của cùng một tín hiệu được gửi với hai cực đối diện ( một là tích cực, trong khi một là tiêu cực). Nếu và chỉ khi các dây có cùng độ dài, các tín hiệu sẽ kết hợp với nhau (với tốc độ cố định của các điện tử), cho phép bất kỳ nhiễu điện ở chế độ chung nào bị loại bỏ trong khớp nối từ.

Tuy nhiên, bốn cặp không phải có cùng độ dài chính xác vì quá trình đàm phán tự động gigbit hiệu chỉnh bộ đệm đàn hồi (và đơn vị khử tiếng vang) sao cho mọi khác biệt về thời gian đến sẽ được loại bỏ trước khi các thành phần cấp cao hơn thực hiện công việc của chúng.

Điều tương tự đang xảy ra trên bảng mạch này. Các dấu vết bảng mạch liền kề / đóng ngay lập tức là "các cặp" và được giữ cùng độ dài để cho phép các máy thu vi sai loại bỏ nhiễu, mặc dù bằng điện chứ không phải bằng từ tính. Bạn có thể thấy đầu nối HDMI mang một số cặp như vậy và không có nỗ lực nào được thực hiện để giữ một cặp có cùng độ dài với cặp bên cạnh ("giữa các cặp"). Tuy nhiên, có một số giới hạn về kích thước của bộ đệm đàn hồi (tính bằng byte) sau đó cáp trở nên không hoạt động hoặc xuống cấp. Sẽ rất vui khi thử nghiệm và tìm ra giới hạn tính bằng milimét.

Hình ảnh về phích cắm HDMI này hiển thị các cặp vi sai: nhập mô tả hình ảnh ở đây

— shuckc
nguồn

Điều này có lẽ rất cơ bản, nhưng tìm kiếm không thực sự hữu ích. Là pairgì Nếu một cặp chỉ đơn giản là hai thành phần khác nhau thì tôi không hiểu sự khác biệt giữa within a pairvàbetween pairs

— George Duckett

một "cặp" ở đây chỉ có nghĩa là hai dây nằm cạnh nhau. Một "cặp vi sai" là một cách để gửi cùng một tín hiệu có cực ngược nhau, trên hai dây, cho phép bạn loại bỏ bất kỳ nhiễu chế độ chung nào trong máy thu.

— shuckc

@GeorgeDuckett: Nếu người ta chỉ gửi một mức logic trên một dây, thì bất kỳ dòng điện nào chạy trong dây đó phải quay trở lại qua mặt phẳng mặt đất và bất kỳ nhiễu nào được thu bởi dây hoặc mặt phẳng mặt đất đều có thể ảnh hưởng đến tín hiệu. Để tránh những vấn đề đó, tín hiệu tốc độ cao thường được gửi bằng hai dây (mà tôi sẽ tự ý gọi là "X" và "Y"); logic "1" sẽ được gửi bằng cách lái X cao và Y thấp; một logic "0" sẽ được gửi bằng cách lái Y cao và X thấp. Một thiết bị nhận tín hiệu sẽ hiểu chúng là "1" bất cứ khi nào điện áp trên X cao hơn Y và "0" bất cứ lúc nào Y cao hơn X.

— supercat

@GeorgeDuckett: Tại bất kỳ thời điểm nào, dòng điện chạy ra một dây sẽ được cân bằng khá tốt bởi dòng điện khác, vì vậy các tín hiệu sẽ không phát ra dòng điện trên mặt phẳng mặt đất (mà các tín hiệu khác sẽ thấy là nhiễu). Hơn nữa, bất kỳ tiếng ồn nào xuất hiện trên mặt phẳng mặt đất từ các thiết bị khác sẽ được nhìn thấy gần như bằng nhau bởi cả hai dây trong cặp, và do đó không ảnh hưởng đến dây nào "cao hơn" tại bất kỳ thời điểm nào.

— supercat

@shuckc: George Ducket muốn biết tầm quan trọng của một "cặp" dây là gì, vì cách thức đặt dây điện cho thấy dây dẫn đi theo cặp. Tôi có thể nói thêm rằng để một cặp dây loại bỏ dòng điện trên mặt đất, cần phải có một cạnh tăng trên một dây và cạnh kia rơi xuống cùng một lúc; ngay cả khi logic có thể xử lý sự khác biệt về thời gian, nó sẽ không thể tránh được việc ghép nhiễu thêm vào nếu tín hiệu đến vào các thời điểm khác nhau, nhưng câu trả lời đã ám chỉ điều đó.

— supercat

Về cơ bản, lắc lư được sử dụng trong các tình huống có hai hoặc nhiều tín hiệu (nhanh) nên được đồng bộ hóa, để chúng không bị trễ so với nhau do độ dài rãnh khác nhau.

Điều này cực kỳ quan trọng đối với các tín hiệu có dòng đồng hồ vì, ví dụ, trên một hệ thống có nhiều dòng dữ liệu khác nhau, nếu một số dòng dữ liệu dài hơn các tín hiệu khác, khi xung đồng hồ xảy ra, có thể không đạt được tất cả các tín hiệu người nhận dữ liệu được truyền đi.

Trên hình ảnh, bạn có thể thấy rằng các rãnh bên trong là những rãnh được uốn cong, bởi vì nếu chúng thẳng, chúng sẽ ngắn hơn các rãnh bên ngoài.

— Bruno Ferreira
nguồn

Tôi ủng hộ điều này vì câu trả lời này tương đương tốt như câu trả lời được chấp nhận. Chiều dài theo dõi là rất quan trọng đối với tín hiệu tốc độ cao. Tôi đã học nó một cách khó khăn.

— bakcsa83