Warum in der Nähe befindliche Leiterbahnen auf einer Leiterplatte wackeln?

Ich habe einen Artikel ( TheMagPi eMagazine) über den Raspberry Pi gelesen . "Eine ARM GNU / Linux-Box für 25 Dollar."

In dem Artikel, Seite 17 unten, wird ein Bereich auf dem Pi gezeigt, in dem eine Spur neben einer geraden mit dem Erklärungstext im Zickzack verläuft:

Durch das „Wackeln“ in den Spuren wird sichergestellt, dass die Signale elektrisch angepasst werden, wodurch Interferenzen und Signalverzögerungen verringert werden. Dies ist besonders wichtig für Hochgeschwindigkeits-Videodaten und HDMI-Signale.

Bild aus dem Artikel mit den Wackelbewegungen

Ich habe nur sehr begrenzte Kenntnisse in der Elektrotechnik. Vielleicht ist dies eine sehr einfache Frage, aber warum sollten Sie diese „Wackeleffekte“ in ein PCB-Design integrieren?

Ich erkenne, dass das Zitat mir eine Antwort gibt und verstehe den Störungspunkt aufgrund von Problemen mit Stromkabeln und Koaxialkabeln, die nebeneinander verlaufen, aber ich würde es begrüßen, wenn ich nur sehr wenig darüber wüsste, warum Sie die Probleme bekommen und wie wackelt helfen. Warum ist das Board zum Beispiel nicht mit Wackelbewegungen bedeckt?

pcb pcb-design serpentine-trace George Duckett
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Bin es nur ich oder sehen diese verwackelten Tracks insgesamt länger aus als die äußeren Tracks? Mit einem Auge schätze ich, dass bereits ein einziges Wackeln den Längenunterschied um eine 45-Grad-Ecke ausgleichen würde. Gibt es Ecken, die wir nicht sehen können, und dies ist der einzige verfügbare Platz für die akkumulierte Wackelnachfrage?

Bernd Jendrissek

Das ist auch mein Gedanke und wenn Sie genau hinschauen, ist das zweite Paar kürzer als die anderen verwackelten Paare.

jippie

Von diesem einen Foto ist nicht abzusehen, was an einer anderen Stelle des Paares passiert. Die Längenkorrektur wird manchmal an einem Ende wie folgt zusammengefasst, wenn an anderer Stelle nur wenig Platz vorhanden ist. Anschlüsse sind im Allgemeinen ein Bereich mit geringer Dichte, daher ist dies dort leicht möglich. Ich halte es jedoch für vorzuziehen, Längen mit kleineren Korrekturen über die gesamte Länge anzupassen, wenn dies möglich ist.

Darron

Antworten:

Die Wiggle ist auf der Innenspur an Ecken (oder die kürzeren Gesamt) , um die Spurlängen eines entzerren Differentialpaar - dass zwei Drähte, die verwendet wird differential signaling Cary Daten. Wenn die Spuren nicht die gleiche Länge hätten, würde der Vorteil der Rauschunterdrückung einer differentiellen Signalisierung verloren gehen.

Während die Physical-Layer-Komponenten der meisten modernen LVDS-Signale (PCIe, HDMI, DVI) De-Skew- oder "elastische" Puffer enthalten, um unterschiedliche Spurlängen zwischen Paaren auszugleichen , muss bei diesen physikalischen Layout-Techniken ein Versatz innerhalb eines Paares vermieden werden.

Folgende Kommentare von OP:

Nehmen Sie als Beispiel Gigabit-Ethernet, wie Sie es vielleicht besser kennen: Das CAT6-Kabel hat acht Adern. Wenn Sie den äußeren Isoliermantel aufreißen, werden die Adern 1 + 2 paarweise miteinander verdrillt, sodass die Adern 1 + 2 paarweise miteinander verdrillt werden. Daneben liegt das Paar 2, das aus verdrillten Drähten 3 + 4 besteht, das Paar 3 aus verdrillten Drähten 5 + 6 usw. Es ist wichtig, die Länge der Paare gleich zu halten, da sie Kopien desselben Signals enthalten, die mit entgegengesetzten Polaritäten gesendet werden ( einer ist positiv, während der andere negativ ist). Wenn und nur wenn die Drähte gleich lang sind, treffen die Signale zusammen ein (bei festgelegter Elektronengeschwindigkeit), wodurch jegliche elektrische Gleichtaktstörung in der Magnetkopplung unterdrückt werden kann.

Die vier Paare selbst müssen jedoch nicht exakt gleich lang sein, da der automatische Gigbit-Aushandlungsprozess die elastischen Puffer (und Echokompensationseinheiten) so kalibriert, dass alle winzigen Abweichungen in der Ankunftszeit beseitigt werden, bevor die übergeordneten Komponenten ihre Arbeit verrichten.

Das gleiche passiert auf dieser Platine. Die Leiterbahnen unmittelbar benachbarter / geschlossener Leiterplatten sind "die Paare" und werden auf derselben Länge gehalten, damit die Differentialempfänger Rauschen abweisen können, obwohl dies elektrisch und nicht magnetisch ist. Sie können sehen, dass der HDMI-Anschluss mehrere solcher Paare enthält, und es wird nicht versucht, ein Paar in der gleichen Länge wie das Paar daneben zu belassen ("zwischen Paaren"). Es gibt jedoch einige Grenzen in der Größe der elastischen Puffer (in Bytes), nach denen das Kabel nicht mehr funktioniert oder heruntergestuft wird. Es würde Spaß machen, zu experimentieren und die Grenzen in Millimetern zu finden.

Dieses Bild eines HDMI-Steckers zeigt die Differenzpaare: Bildbeschreibung hier eingeben

shuckc
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Dies ist wahrscheinlich sehr einfach, aber die Suche hat nicht wirklich geholfen. Was ist ein pair? Wenn ein Paar einfach zwei verschiedene Komponenten ist, dann verstehe ich den Unterschied zwischen within a pairundbetween pairs

George Duckett

Ein "Paar" bedeutet hier nur zwei Drähte nebeneinander. Ein "differentielles Paar" ist eine Möglichkeit, dasselbe Signal mit entgegengesetzter Polarität auf den beiden Kabeln zu senden, wodurch Sie Gleichtaktstörungen im Empfänger auslöschen können.

shuckc

@GeorgeDuckett: Wenn man nur einen Logikpegel auf eine einzelne Leitung sendet, müssen alle Ströme, die in dieser Leitung fließen, über die Erdungsebene zurückkehren, und alle vom Kabel oder der Erdungsebene aufgenommenen Störungen können das Signal beeinflussen. Um diese Probleme zu vermeiden, werden Hochgeschwindigkeitssignale häufig über zwei Leitungen gesendet (die ich willkürlich "X" und "Y" nennen werde). eine logische "1" wird gesendet, indem X hoch und Y niedrig angesteuert werden; Eine logische "0" wird gesendet, indem Y hoch und X niedrig gefahren werden. Ein Gerät, das die Signale empfängt, interpretiert sie jedes Mal als "1", wenn die Spannung an X höher als Y ist, und als "0", wenn Y höher als X ist.

supercat

@GeorgeDuckett: Zu jedem Zeitpunkt ist der Strom, der aus einem Draht fließt, durch den Strom im anderen Draht ziemlich ausgeglichen, sodass die Signale keinen Strom auf die Masseebene koppeln (was von anderen Signalen als Rauschen angesehen würde). Ferner wird jegliches Rauschen, das von anderen Vorrichtungen auf der Grundebene auftritt, von beiden Drähten in dem Paar ungefähr gleich gesehen und beeinflusst somit nicht, welcher Draht zu einem gegebenen Zeitpunkt "höher" ist.

Supercat

@shuckc: George Ducket wollte wissen, was die Bedeutung eines "Paares" von Drähten ist, da die Anordnung der Wackelbewegungen darauf hindeutet, dass die Drähte paarweise verlaufen. Ich hätte hinzufügen können, dass für ein Paar Drähte, um Ströme auf der Grundebene zu eliminieren, eine ansteigende Flanke auf einem Draht und eine abfallende Flanke auf dem anderen genau gleichzeitig eintreffen müssen; Selbst wenn die Logik mit Zeitunterschieden umgehen könnte, wäre es nicht möglich, die zusätzliche Rauschkopplung zu vermeiden, die entstehen würde, wenn die Signale zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen, aber die Antwort spielte bereits darauf an.

Supercat

Grundsätzlich wird das Wackeln in Situationen verwendet, in denen zwei oder mehr (schnelle) Signale synchronisiert werden sollen, damit sie aufgrund unterschiedlicher Spurnummern nicht relativ zueinander verzögert werden.

Dies ist für Signale mit einer Taktleitung äußerst wichtig, da beispielsweise bei einem System mit verschiedenen Datenleitungen, wenn einige der Datenleitungen länger als andere sind, beim Auftreten des Taktimpulses möglicherweise nicht alle Signale erreicht wurden der Empfänger für die übertragenen Daten.

Auf dem Bild können Sie sehen, dass die inneren Spuren diejenigen sind, die verwackelt sind, denn wenn sie gerade wären, wären sie kürzer als die äußeren.

Bruno Ferreira
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Ich stimme dem zu, da diese Antwort genauso gut ist wie die akzeptierte. Die Spurlänge ist sehr wichtig für Hochgeschwindigkeitssignale. Ich habe es auf die harte Tour gelernt.

Bakcsa83