Po co poruszać się w pobliżu torów na płytce drukowanej?

38

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.

Zdjęcie z artykułu przedstawiającego wiggles

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?

George Duckett
źródło
2
Czy to tylko ja, czy te poruszone ścieżki wyglądają, jakby były w sumie dłuższe niż tor zewnętrzny? Na oko przypuszczam, że tylko jedno poruszenie zrekompensowałoby różnicę długości wokół jednego rogu 45 stopni. Czy są jakieś zakątki, których nie widzimy, a to jedyna dostępna przestrzeń dla skumulowanego zapotrzebowania na wiggle?
Bernd Jendrissek
To też jest moja myśl i jeśli przyjrzysz się uważnie, druga para jest krótsza niż inne poruszone pary.
jippie
1
Z tego jednego zdjęcia ... nie wiadomo, co dzieje się gdzie indziej na parze. Korekta długości czasami jest skupiona na jednym końcu w ten sposób, jeśli gdzie indziej jest mało miejsca. Złącza to ogólnie obszar o niskiej gęstości, więc łatwo to zrobić. Myślę jednak, że lepiej dopasować długości z mniejszymi poprawkami na całej długości, jeśli to możliwe.
darron

Odpowiedzi:

27

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: wprowadź opis zdjęcia tutaj

shuckc
źródło
Jest to prawdopodobnie bardzo proste, ale wyszukiwanie tak naprawdę nie pomogło. Co jest pair? Jeśli para jest po prostu dwa różne składniki następnie nie rozumiem różnicę między within a pairibetween pairs
George Duckett
1
„para” oznacza tutaj tylko dwa przewody obok siebie. „Para różnicowa” to sposób na przesłanie tego samego sygnału o przeciwnej polaryzacji na dwóch przewodach, co pozwala wyeliminować wszelkie szumy wspólne w odbiorniku.
shuckc
1
@GeorgeDuckett: Jeśli ktoś wysyła tylko poziom logiczny na jednym przewodzie, wówczas wszelkie prądy płynące w tym przewodzie muszą powrócić przez płaszczyznę uziemienia, a wszelkie zakłócenia wychwycone przez drut lub płaszczyznę uziemienia mogą wpływać na sygnał. Aby uniknąć tych problemów, sygnały o dużej prędkości są często wysyłane za pomocą dwóch przewodów (które dowolnie nazywam „X” i „Y”); logika „1” zostanie wysłana przez zwiększenie X w górę i Y w dół; logiczne „0” zostanie wysłane poprzez zwiększenie Y i X niskiego. Urządzenie odbierające sygnały zinterpretuje je jako „1” za każdym razem, gdy napięcie na X będzie wyższe niż Y, a „0” za każdym razem, gdy Y będzie wyższe niż X.
supercat
1
@GeorgeDuckett: W dowolnym momencie prąd wypływający z jednego drutu będzie dość dobrze zrównoważony przez prąd w drugim, więc sygnały nie będą sprzęgać prądu z płaszczyzną uziemienia (co byłoby postrzegane przez inne sygnały jako szum). Ponadto, każdy hałas, który pojawia się na płaszczyźnie uziemienia z innych urządzeń, będzie mniej więcej równomiernie widoczny przez oba przewody w parze, a zatem nie wpłynie na to, który drut jest „wyższy” w danym momencie.
supercat
@shuckc: George Ducket chciał wiedzieć, jakie jest znaczenie „pary” drutów, ponieważ sposób ułożenia wigów sugeruje, że druty idą w parze. Mógłbym dodać, że dla pary drutów w celu wyeliminowania prądów płaszczyzny uziemienia konieczne jest, aby narastająca krawędź jednego drutu i opadająca krawędź drugiego dotarły dokładnie jednocześnie; nawet jeśli logika poradziłaby sobie z różnicami czasowymi, nie byłaby w stanie uniknąć dodatkowego sprzężenia szumowego, które powstałoby, gdyby sygnały docierały w różnych momentach, ale odpowiedź już na to wskazywała.
supercat
15

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.

Bruno Ferreira
źródło
Głosuję za tym, ponieważ ta odpowiedź jest równie dobra jak zaakceptowana. Długość toru jest bardzo ważna dla sygnałów o dużej prędkości. Nauczyłem się tego na własnej skórze.
bakcsa83