Линия связи (англ. signal line, signal trace) — это проводящий путь на печатной плате, в кабеле или в интегральной схеме, предназначенный исключительно для передачи информационного электрического сигнала (цифрового или аналогового) между функциональными узлами устройства. Её основная задача — доставить сигнал от источника (драйвера, driver) к приёмнику (ресиверу, receiver) с минимальными искажениями по амплитуде, форме и времени. На высоких частотах и при быстрых фронтах сигнала физическая линия связи перестаёт быть простым проводником и начинает вести себя как линия передачи (transmission line), что требует учёта её волновых свойств.
Параметры и проектирование
Эффективная работа линии связи зависит от её электрических и геометрических параметров. Ключевыми являются погонные индуктивность (L) и ёмкость (C), которые определяют волновое сопротивление (characteristic impedance, Z₀). Для обеспечения целостности сигнала (signal integrity) это сопротивление должно быть согласовано с выходным импедансом источника и входным импедансом нагрузки (impedance matching). Проектирование таких линий, особенно для высокоскоростных интерфейсов (DDR, PCIe), регламентируется стандартами (например, IPC-2251 «Design Guide for the Packaging of High Speed Electronic Circuits») и включает строгий контроль ширины проводника, расстояния до плоскости земли (Dielectric thickness) и длины трассы. Для минимизации перекрёстных помех (crosstalk) между параллельными линиями связи задают правило минимального зазора (например, 3W, где W — ширина проводника).
Классификация и типы
Линии связи классифицируются по типу передаваемого сигнала и топологии. Наиболее распространёнными типами являются однопроводная (single-ended) линия, дифференциальная пара (differential pair) и линии тактового сигнала (clock lines).
-
Однопроводная линия
Сигнал передаётся относительно общего провода (земли). Проста в реализации, но чувствительна к помехам. -
Дифференциальная пара
Две симметричные линии, передающие инверсные сигналы. Обладает высокой помехоустойчивостью и является стандартом для высокоскоростных последовательных интерфейсов (USB, Ethernet). При её трассировке необходимы согласование длины (length matching) и постоянство расстояния между проводниками пары (differential spacing). -
Линии тактового сигнала
Относятся к наиболее критичным, требуют максимальной защиты от наводок и строгого контроля длины для минимизации джиттера.
Производство и контроль
При изготовлении плат точное соблюдение заданной ширины и геометрии линий связи напрямую влияет на их волновые свойства. Отклонения, возникающие из-за подтравливания меди в процессе травления (etching), должны учитываться на этапе проектирования (компенсация ширины). Контроль выполняется методами автоматической оптической инспекции (AOI) и, для ответственных трасс, измерением импеданса с помощью TDR-анализаторов.
Источники: IPC-2251 «Design Guide for the Packaging of High Speed Electronic Circuits», IPC-2141 «Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards», стандарты на конкретные высокоскоростные интерфейсы (JEDEC для DDR, PCI-SIG для PCI Express).