为什么要在 PCB 上摆动附近的轨道?

电器工程 电路板 pcb设计 蛇形迹
2022-01-19 06:21:36

我一直在阅读一篇与 Raspberry Pi 相关的文章TheMagPi eMagazine);“25 美元的 ARM GNU/Linux 盒子。”

在文章的第 17 页底部,它显示了 Pi 上的一个区域,其中一条轨道在一条直线旁边曲折,并带有解释文本:

轨道中的“摆动”确保信号在电气上匹配,从而减少干扰和信号延迟。这对于高速视频数据和 HDMI 信号尤为重要。

文章中的图片显示了摆动

对电气工程的了解非常有限,所以也许这是一个非常简单的问题,但为什么要将这些“摆动”纳入 PCB 设计?

我意识到这句话给了我一个答案,我有点理解由于电源线和同轴电缆彼此相邻运行的问题而造成的干扰点,但我会很感激一些假设知识很少的东西来解释你为什么会遇到问题以及如何摆动帮助。例如,为什么板子上没有摆动?

2个回答

摆动出现在拐角处(或更短的整体)的内侧轨道上,以均衡差分对的轨道长度- 即使用差分信号传输数据的任意两条线。如果轨道长度不同,那么差分信号的降噪优势就会丧失。

虽然大多数现代 LVDS 信号(PCIe、HDMI、DVI)的物理层组件包括去偏移或“弹性”缓冲器以补偿线对之间的不同轨道长度,但必须通过这些物理布局技术避免线对内的偏移。

以下 OP 评论:

以千兆以太网为例,你可能更熟悉: CAT6 电缆有 8 根线,如果你撕开外绝缘护套,它们会成对绞合在一起,因此 1+2 线绞合在一起作为一对。旁边是第 2 对,它是绞合在一起的 3+4 线,第 3 对包括绞合在一起的 5+6 线等。保持线对相同的长度很重要,因为它们包含以相反极性发送的相同信号的副本(一个是正​​面的,一个是负面的)。当且仅当导线长度相同时,信号一起到达(给定电子的固定速度),这允许在磁耦合中抑制任何共模电干扰。

然而,这四对本身的长度不必完全相同,因为千兆位自动协商过程会校准弹性缓冲区(和回声消除单元),以便在更高级别的组件开始工作之前消除到达时间的任何微小差异。

这块电路板上也发生了同样的事情。紧邻/靠近的电路板走线是“成对”并保持相同的长度以允许差分接收器抑制噪声,尽管是电而不是磁。您可以看到 HDMI 连接器带有几对这样的对,并且没有尝试使一对与旁边的对保持相同的长度(“对之间”)。然而,弹性缓冲区的大小(以字节为单位)存在一些限制,在此之后电缆将无法运行或降级。尝试并找到以毫米为单位的限制会很有趣。

这张 HDMI 插头图片显示了差分对: 在此处输入图像描述

基本上,摆动用于有两个或多个(快速)信号应该同步的情况,以便它们不会由于不同的轨道长度而相对于彼此延迟。

这对于具有时钟线的信号非常重要,因为例如,在具有各种数据线的系统上,如果某些数据线比其他数据线长,那么当时钟脉冲出现时,可能并非所有信号都已到达正在传输的数据的接收器。

在图像上,您可以看到内部轨道是摆动的轨道,因为如果它们是直的,它们会比外部轨道短。