蛇形线的作用.docx

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1、蛇形线的作用　　经常能看到论坛里有人在问蛇形线的问题。平时我们能看到蛇形线的地方大都是一些高速高密度板，好像带有蛇形线的板子就更高级，会画蛇形线就是高手了。网上关于蛇形线的文章也有很多，总感觉有些帖子的内容会误导新手，给人们带来困扰，人为制造一些障碍。那么我们来看看实际应用当中蛇形线到底有什么作用。　　要弄懂蛇形线，我们先来说说PCB走线。这个概念似乎不用介绍，做硬件的工程师每天在做的不就是布线工作么。PCB上的每条走线都是硬件工程师辛苦的一条一条画出来的，这有什么可说的呢?其实就是这简单的走线也包含了很多我们平时会忽略的知识点。比如说，微带线和带状线的概念。简单地说微带线是走在PCB板表层

2、的走线，带状线是走在PCB内层的走线。这两种线有什么区别呢?微带线的参考平面是PCB内层的地平面，走线的另一面是暴露在空气中的，这样就造成了走线四周的介电常数并不一致，比如我们常用的FR4基板介电常数是4.2左右，空气的介电常数是1。而带状线上下两面都有参考平面，整个走线是嵌入在PCB基材当中的，走线四周的介电常数是一致的。这也就造成了带状线上传输的是TEM波，而微带线传输的是准TEM波。为什么是准TEM波?那是由于在空气和PCB基材交界处的相位不匹配造成的。什么事TEM波?…………如果就这个问题深挖下去的话，讲上十天半个月也讲不完。长话短说，无论是微带线还是带状线，他们的作用无非就是用来承

3、载信号，无论数字信号或者模拟信号。这些信号在走线里以电磁波的形式从一端传输到另一端。既然是波，那就要有速度。信号在PCB走线上的速度是多少呢?根据介电常数的区别，速度也不一样。电磁波在空气中的传播速度是大家都熟知的光速。在其他介质中的传播速度就要通过下面的公式来计算：　　V=C/Er0.5　　其中，V是在介质中的传播速度，C是光速，Er是介质的介电常数。通过这个公式我们就能轻松的计算出信号在PCB走线上的传输速度。比如我们把FR4基材的介电常数简单以4来带入公式计算，也就是信号在FR4基材中的传输速度是光速的一半。但是表层走线的微带线，由于一半在空气中，一半在基材中，介电常数会略有降低，这样

4、传输速度会比带状线略快一些。常用的经验数据就是微带线的走线延时大约为140ps/inch,带状线的走线延时大约为166ps/inch。　　前面说了这么多只有一个目的，那就是信号在PCB上的传输是有延时的!也就是说信号并不是在一个管脚发送出去以后，瞬间就通过走线传输到另一个管脚。虽然信号传输的速度很快，但是只要走线长度足够长，还是会对信号传输带来影响。比如说一个1GHz的信号，周期是1ns，上升沿或者下降沿的时间大约为周期的十分之一，那么就是100ps。如果我们的走线长度超过1inch(大约2.54厘米)，那么传输的延迟就差出了一个上升沿还要多的时间，如果走线超过8inch(大约20厘米)，那

5、么延迟就能整整差出一个周期!原来PCB的影响这么大，我们板子上超过1inch的走线是很常见的。那么延迟会对板子正常工作有影响么?看看实际系统，如果只是一个信号，和其他信号不想关，那么延迟似乎不会有什么影响。但是，在高速系统里，这个延迟是会实实在在的发生作用的。比如我们常见的内存颗粒，是以总线形式连接的，有数据线，有地址线，有时钟，有控制线。再看看我们的视频接口，HDMI或者DVI无论几个通道，都会包含数据通道和时钟通道。或者是一些总线协议，都是数据和时钟同步传输。那么，在实际的高速系统当中，这些时钟信号和数据信号都是同步的从主芯片中发送出来的，如果我们的PCB走线设计很差，时钟信号和数据信号

6、的长度相差很大，那么很容易就能造成数据的错误采样，那么整个系统也就不会正常工作了。要解决这个问题怎么办呢?很自然的我们就会想到，把长度短的走线加长，让同组的走线长度差不多，那不就延迟一样了?那怎么把走线加长呢?绕呗!Bingo!终于绕回主题了，真不容易。这就是蛇形线在高速系统中的主要作用。绕线，等长。就是这么简单。蛇形线就是用来绕等长的，通过画蛇形线，我们能让同组信号实现等长，这样在接收芯片接收到信号后就不会由于PCB走线上的不同延时造成数据的错采了。蛇形线和其他PCB板上的走线一样，都是用来连接信号的，只是走的长一些而已，无它。所以蛇形线并不高深，也没多复杂。既然和其他走线一样，那么一些常

7、用的布线规则对蛇形线也是适用的，同时由于蛇形线的特殊结构，在布线时要注意到，比如尽量让蛇形线相互平行的部分远一点，短一点，也就是俗话说的绕大弯，不要在小范围内绕的太密太小。这都有助于减小信号干扰。蛇形线由于人工的增加了线长，对信号必然是有坏的影响的，所以在系统中只要能满足时序要求，能不用就不要用。有些工程师凡是用到DDR或者用到高速信号就会去做全组等长，蛇形线满板飞，似乎这样就是更好的布线，实际上这是偷懒不负