Pourquoi remuer les pistes à proximité sur un circuit imprimé?

J'ai lu un article ( TheMagPi eMagazine) relatif au Raspberry Pi; "Une boîte ARM GNU / Linux à 25 $."

Dans l'article, page 17 en bas, il montre une zone du Pi où une piste zigzague à côté d'une ligne droite avec le texte d'explication:

Les "ondulations" des pistes garantissent une correspondance électrique des signaux, réduisant ainsi les interférences et le retard du signal. Ceci est particulièrement important pour les données vidéo à haute vitesse et les signaux HDMI.

Image de l'article montrant les manoeuvres

J'ai une connaissance très limitée du génie électrique, alors c'est peut-être une question très simple, mais pourquoi voudriez-vous incorporer ces "ondulations" dans une conception de circuit imprimé?

Je me rends compte que la citation me donne une réponse et que je comprends en quelque sorte le point d'interférence en raison de problèmes de câbles d'alimentation et de câbles coaxiaux juxtaposés, mais j'apprécierais quelque chose en supposant que très peu de connaissances expliquent pourquoi vous auriez les problèmes et comment. Wiggles aider. Par exemple, pourquoi le tableau n'est-il pas couvert de manoeuvres?

pcb pcb-design serpentine-trace

— George Duckett
source

Est-ce juste moi ou est-ce que ces pistes ondulées ont l'air d'être au total plus longues que les pistes extérieures? À vue, je pense que seul un mouvement de manoeuvre permettrait déjà de compenser la différence de longueur autour d'un angle de 45 degrés. Y a-t-il des recoins que nous ne pouvons pas voir, et c’est le seul espace disponible pour la demande de manœuvre accumulée?

— Bernd Jendrissek le

C’est aussi ma pensée et si vous regardez bien, la seconde paire est plus courte que les autres paires agitées.

— Jippie

Sur cette photo, rien ne dit ce qui se passe ailleurs sur la paire. La correction de longueur peut parfois être entassée à une extrémité comme celle-ci s'il ya peu de place ailleurs. Les connecteurs sont généralement des zones à faible densité, il est donc facile à faire là-bas. Je pense qu'il est préférable de faire correspondre les longueurs avec des corrections plus petites sur toute la longueur si possible, cependant.

— darron

Réponses:

Le wiggle est présent sur la piste intérieure aux angles (ou le plus court dans son ensemble) pour égaliser les longueurs de piste d’une paire différentielle - c’est-à-dire deux fils utilisant une signalisation différentielle vers des données. Si les pistes n'avaient pas la même longueur, l'avantage de la signalisation différentielle en suppression de bruit serait perdu.

Alors que les composants de couche physique de la plupart des systèmes de signalisation LVDS modernes (PCIe, HDMI, DVI) incluent des tampons de déviation ou «élastiques» pour compenser les longueurs de piste différentes entre paires, ces techniques de mise en page physique évitent tout décalage.

Suite aux commentaires de l'OP:

En prenant l'exemple de l'Ethernet Gigabit, car cela vous est peut-être plus familier: le câble CAT6 comporte huit fils qui, si vous ouvrez la gaine isolante extérieure, sont torsadés par paires, de sorte que les fils 1 + 2 sont torsadés ensemble. A côté de cela se trouve la paire 2, qui est les fils 3 + 4 torsadés ensemble, la paire 3 comprend les fils 5 + 6 torsadés ensemble etc. Il est important de garder les paires de la même longueur, car elles contiennent des copies du même signal envoyé avec des polarités opposées ( l’un est positif, l’autre est négatif). Si et seulement si les fils ont la même longueur, les signaux arrivent ensemble (étant donné la vitesse fixe des électrons), ce qui permet de rejeter toute interférence électrique de mode commun dans le couplage magnétique.

Toutefois, les quatre paires elles-mêmes ne doivent pas nécessairement avoir exactement la même longueur, car le processus de négociation automatique gigbit calibre les tampons élastiques (et les unités de suppression d'écho), de sorte que les éventuelles différences minimes dans l'heure d'arrivée sont supprimées avant que les composants de niveau supérieur ne fonctionnent.

La même chose se passe sur ce circuit imprimé. Les traces de carte de circuit immédiatement adjacentes / proches sont "les paires" et sont maintenues à la même longueur pour permettre aux récepteurs différentiels de rejeter le bruit, bien que électriquement plutôt que magnétiquement. Vous pouvez voir que le connecteur HDMI comporte plusieurs paires de ce type et que vous ne tentez pas de conserver une paire de la même longueur que la paire à côté ("entre les paires"). Il existe cependant certaines limites dans la taille des tampons élastiques (en octets) après lesquelles le câble devient inopérant ou rétrograde. Ce serait amusant d'expérimenter et de trouver les limites en millimètres.

Cette image d'une prise HDMI montre les paires différentielles: entrez la description de l'image ici

— shuckc
source

Ceci est probablement très basique, mais la recherche n’a pas vraiment aidé. Qu'est - ce qu'un pair? Si une paire est simplement deux composants différents, alors je ne comprends pas la différence entre within a pairetbetween pairs

— George Duckett

une «paire» ici signifie simplement deux fils l'un à côté de l'autre. Une «paire différentielle» est un moyen d'envoyer le même signal avec une polarité opposée, sur les deux fils, ce qui vous permet d'annuler tout bruit en mode commun dans le récepteur.

— Shuckc

@ GeorgeDuckett: Si l'on envoie simplement un niveau logique sur un seul fil, tous les courants qui y circulent doivent revenir par le plan de masse et tout bruit capté par le fil ou le plan de masse peut affecter le signal. Pour éviter ces problèmes, les signaux à grande vitesse sont souvent envoyés à l'aide de deux fils (que j'appellerai arbitrairement "X" et "Y"); un "1" logique sera envoyé en conduisant X haut et Y bas; un "0" logique sera envoyé en conduisant Y haut et X bas. Un appareil qui reçoit les signaux les interprétera comme "1" à tout moment si la tension sur X est supérieure à Y, et "0" à tout moment, Y est supérieure à X.

— supercat

@ GeorgeDuckett: À tout moment, le courant qui sort d'un fil sera assez bien équilibré par le courant dans l'autre, de sorte que les signaux ne seront pas couplés au plan de masse (ce qui serait perçu par les autres signaux comme du bruit). En outre, tout bruit apparaissant sur le plan de masse en provenance d'autres dispositifs sera vu à peu près également par les deux fils de la paire, et n'affectera donc pas le fil qui est "plus haut" à un moment donné.

— Supercat

@shuckc: George Ducket voulait savoir quelle était la signification d'une "paire" de fils, car la manière dont les manoeuvres sont disposées suggère que les fils vont par paire. J'aurais pu ajouter que pour qu'une paire de fils élimine les courants de masse, il est nécessaire qu'un front montant sur un fil et un front descendant sur l'autre arrivent exactement de manière simultanée; même si la logique pouvait gérer les différences de synchronisation, elle ne pourrait pas éviter le couplage de bruit supplémentaire qui résulterait de l’arrivée des signaux à des instants différents, mais la réponse l’a déjà mentionné.

— Supercat

Fondamentalement, le wiggle est utilisé dans les situations où il y a deux signaux (rapides) ou plus qui doivent être synchronisés, de sorte qu'ils ne soient pas retardés les uns par rapport aux autres en raison de la longueur différente des pistes.

Ceci est extrêmement important pour les signaux comportant une ligne d'horloge car, par exemple, sur un système comportant plusieurs lignes de données, si certaines lignes de données sont plus longues que d'autres, il est possible que l'impulsion d'horloge se produise le récepteur pour les données en cours de transmission.

Sur l'image, vous pouvez voir que les pistes intérieures sont celles qui sont agitées, car si elles étaient droites, elles seraient plus courtes que les pistes extérieures.

— Bruno Ferreira
source

Je upvote celui-ci puisque cette réponse est équivalente à celle acceptée. La longueur de la piste est très importante pour les signaux à grande vitesse. Je l'ai appris à la dure.

— bakcsa83