Wat is lynwydte?

Kom ons begin met die basiese beginsels. Wat is spoorwydte presies? Waarom is dit belangrik om ‘n spesifieke spoorwydte te spesifiseer? Die doel van PCB bedrading is om enige soort elektriese sein (analoog, digitaal of krag) van een node na ‘n ander te verbind.

‘N Knoop kan ‘n pen van ‘n komponent wees, ‘n tak van ‘n groter spoor of vlak, of ‘n leë pad of toetspunt vir ondersoek. Spoorwydtes word gewoonlik gemeet in mils of duisende duim. Die standaard bedradingswydtes vir gewone seine (geen spesiale vereistes nie) kan ‘n paar sentimeter lank wees in die reeks van 7 tot 12 myl, maar baie faktore moet in ag geneem word by die bepaling van die bedradingwydte en -lengte.

Die toepassing dryf tipies die bedradingwydte en die bedradingstipe in PCB -ontwerp en balanseer gewoonlik op ‘n sekere tyd die produksiekoste van PCB, die digtheid/grootte van die bord en die prestasie. As die bord spesifieke ontwerpvereistes het, soos spoedoptimalisering, geraas of koppelingsonderdrukking, of hoë stroom/spanning, kan die breedte en tipe spoor belangriker wees as die optimalisering van die vervaardigingskoste van ‘n blote PCB of die algehele bordgrootte.

Spesifikasie met betrekking tot bedrading in PCB -vervaardiging

Gewoonlik begin die volgende spesifikasies rakende bedrading die koste van die vervaardiging van kaal PCBS verhoog.

As gevolg van strenger PCB-toleransies en die hoë toerusting wat benodig word vir die vervaardiging, inspeksie of toetsing van PCBS, word die koste redelik hoog:

L Spoorwydte minder as 5 mil (0.005 in.)

L Spoorafstand minder as 5 mils

L Deurgate met ‘n deursnee van minder as 8 mil

L Spoordikte minder as of gelyk aan 1 ons (gelyk aan 1.4 mils)

L Differensiële paar en beheerde lengte of bedradingsimpedansie

Ontwerpe met ‘n hoë digtheid wat ruimteopneem van PCB kombineer, soos baie fyn gespasieerde BGA of parallelle busse met ‘n hoë seintelling, kan ‘n lynwydte van 2.5 mil benodig, asook spesiale tipes deurgate met ‘n deursnee van tot 6 mil, soos as laser-geboorde mikro-gate. Omgekeerd kan sommige ontwerpe met ‘n hoë krag baie groot bedrading of vliegtuie verg, hele lae verbruik en onse wat dikker is as standaard, giet. In spasiebeperkte toepassings kan baie dun plate wat verskeie lae bevat en ‘n beperkte koper gietdikte van ‘n halwe ons (0.7 mil dikte) benodig word.

In ander gevalle kan ontwerpe vir hoëspoedkommunikasie van een randapparaat na ‘n ander bedrading benodig met beheerde impedansie en spesifieke breedtes en afstand tussen mekaar om refleksie en induktiewe koppeling tot ‘n minimum te beperk. Of die ontwerp kan ‘n sekere lengte benodig om by ander relevante seine in die bus te pas. Hoëspanningstoepassings vereis sekere veiligheidskenmerke, soos om die afstand tussen twee blootgestelde differensiële seine tot ‘n minimum te beperk om boë te voorkom. Ongeag die kenmerke of kenmerke, is die opsporing van definisies belangrik, dus laat ons verskillende toepassings ondersoek.

Verskillende bedrading breedtes en diktes

PCBS bevat tipies ‘n verskeidenheid lynwydtes, aangesien dit afhang van seinvereistes (sien figuur 1). Die fyner spore wat getoon word, is vir algemene TTL (transistor-transistor logika) vlakseine en het geen spesiale vereistes vir hoë stroom- of geraasbeskerming nie.

Dit is die mees algemene bedradingstipes op die bord.

Dikker bedrading is geoptimaliseer vir huidige dravermoë en kan gebruik word vir randapparatuur of kragverwante funksies wat hoër krag benodig, soos waaiers, motors en gereelde kragoordragte na laer vlak komponente. Die linker boonste deel van die figuur toon selfs ‘n differensiële sein (USB-hoë snelheid) wat ‘n spesifieke afstand en breedte definieer om aan die impedansievereistes van 90 ω te voldoen. Figuur 2 toon ‘n effens digter stroombaan met ses lae en benodig ‘n BGA -eenheid (ball grid array) wat fyner bedrading benodig.

Hoe om die PCB -lynwydte te bereken?

Kom ons stap deur die proses om ‘n sekere spoorwydte te bereken vir ‘n kragsein wat stroom van ‘n kragkomponent na ‘n randapparaat oordra. In hierdie voorbeeld sal ons die minimum lynwydte van die kragpad vir ‘n GS -motor bereken. Die kragpad begin by die lont, steek die H-brug oor (die komponent wat gebruik word om kragtoevoer oor die GS-wikkelinge te bestuur) en eindig by die aansluiting van die motor. Die gemiddelde deurlopende maksimum stroom wat deur ‘n GS -motor benodig word, is ongeveer 2 ampère.

Nou werk PCB -bedrading as ‘n weerstand, en hoe langer en smaller die bedrading is, hoe meer weerstand word bygevoeg. As die bedrading nie korrek gedefinieer is nie, kan die hoë stroom die bedrading beskadig en/of ‘n aansienlike spanningsval na die motor veroorsaak (wat lei tot verminderde snelheid). Die NetC21_2 in figuur 3 is ongeveer 0.8 duim lank en moet ‘n maksimum stroom van 2 ampère dra. As ons algemene toestande aanvaar, soos 1 gram koper giet en kamertemperatuur tydens normale werking, moet ons die minimum lynwydte en die verwagte drukval op die breedte bereken.

Hoe om die bedrading van die PCB -bedrading te bereken?

Die volgende vergelyking word gebruik vir spoorarea:

Gebied [Mils ²] = (huidige [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), wat die IPC -buitenste laag (of bo / onder) -kriterium volg, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Let daarop dat die enigste veranderlike wat ons regtig moet invoeg, huidige is.

Deur hierdie gebied in die volgende vergelyking te gebruik, sal ons die nodige breedte gee wat ons die lynwydte vertel wat nodig is om die stroom sonder moontlike probleme te dra:

Breedte [Mils] = oppervlakte [Mils ^ 2] / (dikte [oz] * 1.378 [mils / oz]), waar 1.378 verband hou met die standaard 1 oz gietdikte.

Deur 2 ampère stroom in die berekening hierbo in te voeg, kry ons ‘n minimum van 30 mils bedrading.

Maar dit vertel ons nie wat die spanningsval gaan wees nie. Dit is meer betrokke omdat dit die weerstand van die draad moet bereken, wat volgens die formule in figuur 4 gedoen kan word.

In hierdie formule is ρ = weerstand van koper, α = koper se temperatuurkoëffisiënt, T = spoordikte, W = spoorbreedte, L = spoorlengte, T = temperatuur. As al die relevante waardes ingevoeg word in ‘n 0.8 “lengte van 30mil breedte, vind ons dat die bedradingweerstand ongeveer 0.03 is? En dit verlaag die spanning met ongeveer 26mV, wat goed is vir hierdie toepassing. Dit is handig om te weet wat hierdie waardes beïnvloed.

Afstand en lengte van die PCB -kabel

Vir digitale ontwerpe met hoëspoedkommunikasie kan spesifieke spasiëring en aangepaste lengtes nodig wees om oorspraak, koppeling en weerkaatsing tot die minimum te beperk. Vir hierdie doel is sommige algemene toepassings USB-gebaseerde seriële differensiële seine en RAM-gebaseerde parallelle differensiële seine. Gewoonlik benodig USB 2.0 differensiële routing teen 480Mbit/s (USB -hoëspoedklas) of hoër. Dit is deels omdat hoëspoed-USB gewoonlik met baie laer spannings en verskille werk, wat die algehele seinvlak nader aan agtergrondgeraas bring.

Daar is drie belangrike dinge wat u moet oorweeg wanneer u hoëspoed-USB-kabels lei: draadwydte, loodafstand en kabellengte.

Al hierdie is belangrik, maar die kritiekste van die drie is om seker te maak dat die lengtes van die twee reëls soveel as moontlik ooreenstem. As ‘n algemene vuisreël, verhoog dit die risiko van weerkaatsing aansienlik, as die kabellengtes nie meer as 50mil (vir hoëspoed-USB) van mekaar verskil nie, wat kan lei tot swak kommunikasie. 90 ohm ooreenstemmende impedansie is ‘n algemene spesifikasie vir differensiële paar bedrading. Om hierdie doel te bereik, moet die roete in breedte en spasiëring geoptimaliseer word.

Figuur 5 toon ‘n voorbeeld van ‘n differensiaalpaar vir die bedrading van hoëspoed-USB-koppelvlakke wat bedrading van 12 mil breedte in tussenposes van 15 mil bevat.

Koppelvlakke vir geheue-gebaseerde komponente wat parallelle koppelvlakke bevat (soos DDR3-SDRAM) sal meer beperk word in terme van draadlengte. Die meeste hoë-end PCB-ontwerpprogrammatuur het lengte-aanpassingsvermoëns wat die lynlengte optimaliseer om by alle relevante seine in die parallelle bus te pas. Figuur 6 toon ‘n voorbeeld van ‘n DDR3 -uitleg met bedrading vir lengte -aanpassing.

Spore en vlakke van grondvulling

Sommige toepassings met geraasgevoelige komponente, soos draadlose skyfies of antennas, benodig miskien ‘n bietjie ekstra beskerming. Die ontwerp van bedrading en vliegtuie met ingeboude grondgate kan die koppeling van nabygeleë bedrading of vliegtuigpluk- en boordseine wat in die rande van die bord kruip, tot ‘n minimum beperk.

Figuur 7 toon ‘n voorbeeld van ‘n Bluetooth-module wat naby die rand van die plaat geplaas is, met sy antenna (via ‘ANT’ -merke) met ‘n skerm wat buite ‘n dik lyn is met ingeboude deurgate wat met die grondformasie verbind is. Dit help om die antenna te isoleer van ander stroombane en vliegtuie aan boord.

Hierdie alternatiewe metode om deur die grond te lei (in hierdie geval ‘n veelhoekige vlak) kan gebruik word om die boordbaan te beskerm teen eksterne draadlose seine van boord. Figuur 8 toon ‘n geraasgevoelige PCB met ‘n ingeboude vlak vlak deur die gat langs die rand van die bord.

Beste praktyke vir PCB -bedrading

Baie faktore bepaal die bedradingseienskappe van die PCB -veld, dus volg die beste praktyke by die aansluiting van u volgende PCB, en u vind ‘n balans tussen PCB -koste, kringdigtheid en algehele prestasie.