Перейти к содержанию

Зачем на печатной плате делают дорожки змейкой?

Обновлено Редакция GAW

Сигнал по дорожке распространяется не мгновенно, а со скоростью, которая зависит от диэлектрика вокруг. По формуле из SCAA082 в полосковой линии скорость равна c/εrc/\sqrt{\varepsilon_r}, и на FR-4 это примерно половина скорости света. Если две дорожки одной группы — пара D+ и D−, линии данных и строб DDR — разной длины, сигналы придут в разное время. Змейка добавляет длину короткой дорожке и уравнивает задержку.

Сколько это в пикосекундах

t=lεэффct = \frac{l \sqrt{\varepsilon_\text{эфф}}}{c}

Наш расчёт для FR-4 с εr = 4,3 (внутренний слой — 6,92 пс/мм, наружный — около 5,84 пс/мм) против длительности бита:

ИнтерфейсДлительность бита10 мм разницы, внутренний слойНужна ли змейка
I²C 400 кГц2,5 мкс69 пснет
UART 115 200 бит/с8,7 мкс69 пснет
SPI 20 МГц50 нс69 пснет
USB 2.0 High Speed2,08 нс69 псда, допуск 1,27 мм
пары USB 3, PCIe, HDMIдоли наносекунды69 псда, допуск 0,127 мм

Допуски для USB — из рекомендаций TI SPRAAR7, подробнее в ответе «Нужно ли выравнивать длины D+ и D− для USB 2.0?». Свои значения посчитает калькулятор задержки в дорожке, а смысл величины — статья о задержке распространения.

Как делать змейку

  • Ставить у того конца, где возникло рассогласование, — так рекомендует TI (SPRAAR7, разд. 2.3).
  • Шаг витков делать достаточным, чтобы соседние участки не наводили друг на друга: связь витков — та же перекрёстная помеха.
  • Выравнивать по задержке, а не по длине, если трассы идут по разным слоям.
  • Для дифференциальных пар помнить и о стеклоткани: неоднородность материала тоже даёт перекос, против неё TI предлагает поворот рисунка на 10–35° или зигзаг.

Похожие вопросы

Почему змейку ставят у конца, а не где удобно?

TI в SPRAAR7 рекомендует добавлять длину как можно ближе к месту, где пара разошлась. Тогда два сигнала идут синфазно почти по всей трассе, и выигрыш дифференциальной передачи в помехах и излучении сохраняется. Змейка в середине оставляет рассогласованный участок до неё.

Как плотно можно укладывать витки змейки?

Соседние витки связаны между собой так же, как две параллельные дорожки, — это перекрёстная помеха внутри одной трассы. Поэтому шаг витков выбирают по тем же правилам, что расстояние между соседними быстрыми дорожками, и не делают змейку длиннее, чем требует расчёт.

Выравнивать по длине или по задержке?

По задержке. На наружном слое сигнал быстрее, чем во внутреннем, поэтому две дорожки одной длины на разных слоях придут в разное время. Если трассы одной группы идут по разным слоям, их длины пересчитывают в пикосекунды.

Источники

  1. Texas Instruments. SPRAAR7J: High-Speed Interface Layout Guidelines, November 2018, revised February 2023 — разд. 2.3 — длины дифференциальных пар выравнивают змейкой как можно ближе к концу с рассогласованием, рис. 2-5; длины разных пар (передачи и приёма) совпадать не обязаны; разд. 2.1 — неоднородность стеклоткани (εr около 6) и смолы (около 3) даёт перекос внутри пары, против него поворачивают рисунок на 10–35° или ведут пару зигзагом
  2. Texas Instruments. SCAA082A: High-Speed Layout Guidelines, 2006, revised 2017 — 1.3.1, формула 1 — скорость в полосковой линии 3·10⁸/√εr м/с; табл. 2 — при εr = 4,6 и длине 100 мм: микрополосок 581,7–593,1 пс, полосковая линия 715,3 пс

Нашли ошибку?

Смотрите также