Po co poruszać się w pobliżu torów na płytce drukowanej?

Czytałem artykuł ( TheMagPi eMagazine) dotyczący Raspberry Pi; „Pudełko ARM GNU / Linux za 25 USD.”

W artykule na stronie 17 u dołu pokazuje obszar na Pi, w którym ścieżka zygzakuje obok prostego z tekstem objaśnienia:

„Wiggles” w ścieżkach, zapewniają, że sygnały są dopasowywane elektrycznie, zmniejszając zakłócenia i opóźnienie sygnału. Jest to szczególnie ważne w przypadku szybkich danych wideo i sygnałów HDMI.

Mam bardzo ograniczoną wiedzę na temat elektrotechniki, więc być może jest to bardzo proste pytanie, ale dlaczego miałbyś włączyć te „wiggles” do projektu płytki drukowanej?

Zdaję sobie sprawę, że cytat daje mi odpowiedź i rozumiem punkt interferencji z powodu problemów z kablami zasilającymi i kablami koncentrycznymi biegnącymi obok siebie, ale doceniłbym coś przy założeniu bardzo małej wiedzy, która wyjaśniałaby, dlaczego masz problemy i jak pomaga wiggles. Na przykład, dlaczego tablica nie jest pokryta wiggles?

Wiggle znajduje się na wewnętrznej ścieżce w rogach (lub w krótszej całości), aby wyrównać długości ścieżek pary różnicowej - czyli dowolne dwa przewody, które wykorzystują sygnalizację różnicową do danych cary. Gdyby ścieżki nie były tej samej długości, korzyści wynikające z eliminacji szumów wynikające z sygnalizacji różnicowej zostałyby utracone.

Podczas gdy komponenty warstwy fizycznej w większości nowoczesnych sygnalizacji LVDS (PCIe, HDMI, DVI) obejmują bufory odskosu lub „elastyczne” w celu kompensacji różnic długości ścieżek między parami, należy unikać pochylania w obrębie pary przy pomocy tych fizycznych technik układu.

Po komentarzach OP:

Biorąc przykład Gigabit Ethernet, ponieważ może to być ci bardziej znane: kabel CAT6 ma osiem przewodów, które po rozerwaniu zewnętrzna osłona izolacyjna są skręcane parami, więc przewody 1 + 2 są skręcane razem jako para jeden. Obok tego leży para 2, czyli skręcone razem przewody 3 + 4, para 3 zawiera skręcony razem przewód 5 + 6 itd. Ważne jest, aby pary były tej samej długości, ponieważ zawierają kopie tego samego sygnału wysyłanego z przeciwnymi biegunami ( jeden jest dodatni, a drugi ujemny). I tylko wtedy, gdy przewody mają tę samą długość, sygnały docierają razem (biorąc pod uwagę stałą prędkość elektronów), co pozwala na odrzucenie wszelkich zakłóceń elektrycznych w trybie wspólnym w sprzężeniu magnetycznym.

Same cztery pary nie muszą jednak mieć dokładnie tej samej długości, ponieważ proces automatycznej negocjacji gigbitów kalibruje elastyczne bufory (i jednostki eliminujące echo) tak, że wszelkie drobne rozbieżności w czasie nadejścia są usuwane, zanim komponenty wyższego poziomu wykonają swoją pracę.

To samo dzieje się na tej płytce drukowanej. Bezpośrednio sąsiadujące ze sobą / zamykające ślady na płytce drukowanej są „parami” i mają tę samą długość, aby umożliwić odbiornikom różnicowym odrzucanie szumu, chociaż raczej elektrycznie niż magnetycznie. Widać, że złącze HDMI przenosi kilka takich par i nie podejmuje się próby utrzymania jednej pary tej samej długości co para obok niej („między parami”). Istnieją jednak pewne ograniczenia dotyczące wielkości elastycznych buforów (w bajtach), po których kabel przestaje działać lub obniża się. Byłoby fajnie eksperymentować i znajdować granice w milimetrach.

To zdjęcie wtyczki HDMI pokazuje pary różnicowe:

Zasadniczo wiggle stosuje się w sytuacjach, gdy istnieją dwa lub więcej (szybkich) sygnałów, które należy zsynchronizować, aby nie były opóźnione względem siebie z powodu różnych długości ścieżek.

Jest to niezwykle ważne w przypadku sygnałów, które mają linię zegarową, ponieważ na przykład w systemie z różnymi liniami danych, jeśli niektóre linie danych są dłuższe niż inne, to kiedy wystąpi impuls zegarowy, możliwe jest, że nie wszystkie sygnały osiągnęły odbiornik przesyłanych danych.

Na zdjęciu widać, że tory wewnętrzne to te, które poruszają się, ponieważ gdyby były proste, byłyby krótsze niż zewnętrzne.