ما هو عرض الخط؟

هيا لنبدأ مع الأساسيات. ما هو بالضبط عرض التتبع؟ لماذا من المهم تحديد عرض تتبع معين؟ الغرض من PCB الأسلاك هي توصيل أي نوع من الإشارات الكهربائية (التناظرية أو الرقمية أو الطاقة) من عقدة إلى أخرى.

يمكن أن تكون العقدة عبارة عن دبوس مكون ، أو فرع من أثر أو مستوى أكبر ، أو وسادة فارغة أو نقطة اختبار للتحقيق. تُقاس عروض التتبع عادةً بالميل أو بآلاف البوصات. قد يكون عرض الأسلاك القياسي للإشارات العادية (بدون متطلبات خاصة) بطول عدة بوصات في نطاق 7-12 مل ، ولكن يجب مراعاة العديد من العوامل عند تحديد عرض الأسلاك وطولها.

يقود التطبيق عادةً عرض الأسلاك ونوع الأسلاك في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وعادةً ما يوازن في مرحلة ما بين تكلفة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور وكثافة / حجم اللوحة والأداء. إذا كان للوحة متطلبات تصميم محددة ، مثل تحسين السرعة ، أو إخماد الضوضاء أو اقتران ، أو تيار / جهد مرتفع ، فقد يكون عرض ونوع التتبع أكثر أهمية من تحسين تكلفة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور العاري أو حجم اللوحة الإجمالي.

المواصفات المتعلقة بالأسلاك في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

عادةً ما تبدأ المواصفات التالية المتعلقة بالأسلاك في زيادة تكلفة تصنيع PCBS العارية.

نظرًا لتحمل ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأكثر صرامة والمعدات المتطورة اللازمة لتصنيع PCBS أو فحصه أو اختباره ، تصبح التكاليف مرتفعة جدًا:

L عرض التتبع أقل من 5 مل (0.005 بوصة)

L مسافة التتبع أقل من 5 مل

L من خلال فتحات قطرها أقل من 8 مل

L سمك أثر أقل من أو يساوي 1 أونصة (يساوي 1.4 ميل)

L الزوج التفاضلي والطول المتحكم فيه أو مقاومة الأسلاك

قد تتطلب التصميمات عالية الكثافة التي تجمع بين أخذ مساحة PCB ، مثل BGA المتباعدة بدقة أو الحافلات المتوازية ذات عدد الإشارات العالية ، عرض خط يبلغ 2.5 مل ، بالإضافة إلى أنواع خاصة من الثقوب التي يصل أقطارها إلى 6 مل ، مثل كما تم حفر ثقوب دقيقة بالليزر. على العكس من ذلك ، قد تتطلب بعض التصميمات عالية الطاقة أسلاكًا أو طائرات كبيرة جدًا ، وتستهلك طبقات كاملة وتسكب أوقية أكثر سمكًا من المعتاد. في التطبيقات ذات المساحة المحدودة ، قد تكون هناك حاجة إلى ألواح رفيعة جدًا تحتوي على طبقات متعددة وسماكة محدودة من النحاس تبلغ نصف أونصة (سمك 0.7 مللي).

في حالات أخرى ، قد تتطلب تصميمات الاتصال عالي السرعة من طرف إلى آخر أسلاكًا بمقاومة مضبوطة وعرض محدد وتباعد بين بعضها البعض لتقليل الانعكاس والاقتران الاستقرائي. أو قد يتطلب التصميم طولًا معينًا لمطابقة الإشارات الأخرى ذات الصلة في الحافلة. تتطلب تطبيقات الجهد العالي ميزات أمان معينة ، مثل تقليل المسافة بين إشارتين تفاضليتين مكشوفتين لمنع الانحناء. بغض النظر عن الخصائص أو الميزات ، فإن تعريفات التتبع مهمة ، لذلك دعونا نستكشف التطبيقات المختلفة.

عروض وسماكات مختلفة للأسلاك

عادةً ما يحتوي جهاز الإحصاء المركزي الفلسطيني على مجموعة متنوعة من عروض الخطوط ، لأنها تعتمد على متطلبات الإشارة (انظر الشكل 1). الآثار الدقيقة الموضحة هي لإشارات مستوى TTL (منطق ترانزستور-ترانزستور) للأغراض العامة وليس لها متطلبات خاصة للحماية من التيار العالي أو الضوضاء.

ستكون هذه أكثر أنواع الأسلاك شيوعًا على السبورة.

تم تحسين الأسلاك السميكة لسعة الحمل الحالية ويمكن استخدامها للأجهزة الطرفية أو الوظائف المتعلقة بالطاقة التي تتطلب طاقة أعلى ، مثل المراوح والمحركات ونقل الطاقة المنتظم إلى المكونات ذات المستوى الأدنى. يُظهر الجزء العلوي الأيسر من الشكل إشارة تفاضلية (USB عالية السرعة) تحدد تباعدًا وعرضًا معينين لتلبية متطلبات المعاوقة البالغة 90 درجة. يوضح الشكل 2 لوحة دائرة أكثر كثافة قليلاً تحتوي على ست طبقات وتتطلب مجموعة BGA (مجموعة شبكة كروية) تتطلب أسلاكًا أكثر دقة.

كيف تحسب عرض خط ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

دعنا نخطو خلال عملية حساب عرض تتبع معين لإشارة طاقة تنقل التيار من مكون طاقة إلى جهاز طرفي. في هذا المثال ، سنحسب الحد الأدنى لعرض خط مسار الطاقة لمحرك تيار مستمر. يبدأ مسار الطاقة من المصهر ، ويعبر جسر H (المكون المستخدم لإدارة نقل الطاقة عبر لفات محرك التيار المستمر) ، وينتهي عند موصل المحرك. يبلغ متوسط ​​التيار الأقصى المستمر الذي يتطلبه محرك DC حوالي 2 أمبير.

الآن ، تعمل أسلاك PCB كمقاوم ، وكلما كانت الأسلاك أطول وأضيق ، تمت إضافة المزيد من المقاومة. إذا لم يتم تحديد الأسلاك بشكل صحيح ، فقد يؤدي التيار العالي إلى إتلاف الأسلاك و / أو التسبب في انخفاض كبير في الجهد الكهربائي للمحرك (مما يؤدي إلى انخفاض السرعة). يبلغ طول NetC21_2 الموضح في الشكل 3 حوالي 0.8 بوصة ويحتاج إلى حمل تيار بحد أقصى 2 أمبير. إذا افترضنا بعض الشروط العامة ، مثل أوقية واحدة من صب النحاس ودرجة حرارة الغرفة أثناء التشغيل العادي ، فإننا نحتاج إلى حساب الحد الأدنى لعرض الخط وانخفاض الضغط المتوقع عند هذا العرض.

كيف تحسب مقاومة الأسلاك PCB؟

تُستخدم المعادلة التالية لمنطقة التتبع:

المنطقة [Mils ²] = (الحالي [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C) ، الذي يتبع معيار IPC للطبقة الخارجية (أو أعلى / أسفل) ، k = 0.048 ، ب = 0.44 ، ج = 0.725. لاحظ أن المتغير الوحيد الذي نحتاج إلى إدراجه هو المتغير الحالي.

سيعطينا استخدام هذه المنطقة في المعادلة التالية العرض اللازم الذي يخبرنا بعرض الخط اللازم لحمل التيار دون أي مشاكل محتملة:

العرض [Mils] = المنطقة [Mils ^ 2] / (سمك [أونصة] * 1.378 [مل / أونصة]) ، حيث يرتبط 1.378 بسماكة السكب القياسية 1 أونصة.

بإدخال 2 أمبير من التيار في الحساب أعلاه ، نحصل على ما لا يقل عن 30 مل من الأسلاك.

لكن هذا لا يخبرنا بما سيكون عليه انخفاض الجهد. هذا أكثر تعقيدًا لأنه يحتاج إلى حساب مقاومة السلك ، والذي يمكن إجراؤه وفقًا للصيغة الموضحة في الشكل 4.

في هذه الصيغة ، ρ = مقاومة النحاس ، α = معامل درجة حرارة النحاس ، T = سمك الأثر ، W = عرض التتبع ، L = طول الأثر ، T = درجة الحرارة. إذا تم إدخال جميع القيم ذات الصلة في طول 0.8 بوصة بعرض 30 ميل ، فسنجد أن مقاومة الأسلاك تبلغ حوالي 0.03؟ وهو يخفض الجهد الكهربائي بحوالي 26mV ، وهو أمر جيد لهذا التطبيق. من المفيد أن تعرف ما الذي يؤثر على هذه القيم.

تباعد وطول كبل ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بالنسبة للتصميمات الرقمية ذات الاتصالات عالية السرعة ، قد تكون هناك حاجة إلى مسافات محددة وأطوال معدلة لتقليل الحديث المتبادل ، والاقتران ، والانعكاس. لهذا الغرض ، بعض التطبيقات الشائعة هي الإشارات التفاضلية التسلسلية المستندة إلى USB والإشارات التفاضلية المتوازية المستندة إلى ذاكرة الوصول العشوائي. عادةً ، سيتطلب USB 2.0 توجيهًا تفاضليًا بسرعة 480 ميجابت / ثانية (فئة سرعة عالية USB) أو أعلى. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن USB عالي السرعة يعمل عادةً بجهد واختلافات أقل بكثير ، مما يجعل مستوى الإشارة الإجمالي أقرب إلى ضوضاء الخلفية.

هناك ثلاثة أشياء مهمة يجب مراعاتها عند توجيه كبلات USB عالية السرعة: عرض السلك وتباعد الأسلاك وطول الكابل.

كل هذه الأمور مهمة ، لكن الأهم من بين الثلاثة هو التأكد من تطابق أطوال الخطين قدر الإمكان. كقاعدة عامة ، إذا كانت أطوال الكابلات تختلف عن بعضها البعض بما لا يزيد عن 50 مل (بالنسبة إلى USB عالي السرعة) ، فإن هذا يزيد بشكل كبير من خطر الانعكاس ، مما قد يؤدي إلى ضعف الاتصال. مقاومة مطابقة 90 أوم هي مواصفات عامة للأسلاك الزوجية التفاضلية. لتحقيق هذا الهدف ، يجب تحسين التوجيه في العرض والتباعد.

يوضح الشكل 5 مثالاً للزوج التفاضلي لتوصيل واجهات USB عالية السرعة التي تحتوي على أسلاك بعرض 12 مللي بفواصل زمنية 15 مللي.

ستكون واجهات المكونات المستندة إلى الذاكرة والتي تحتوي على واجهات متوازية (مثل DDR3-SDRAM) أكثر تقييدًا من حيث طول السلك. تتمتع معظم برامج تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المتطورة بإمكانيات تعديل الطول التي تعمل على تحسين طول الخط لمطابقة جميع الإشارات ذات الصلة في الناقل المتوازي. يوضح الشكل 6 مثالاً على تخطيط DDR3 بأسلاك ضبط الطول.

آثار وطائرات ردم الأرض

قد تتطلب بعض التطبيقات التي تحتوي على مكونات حساسة للضوضاء ، مثل الرقائق اللاسلكية أو الهوائيات ، القليل من الحماية الإضافية. يمكن أن يساعد تصميم الأسلاك والطائرات ذات الثقوب الأرضية المضمنة بشكل كبير في تقليل اقتران الأسلاك القريبة أو التقاط الطائرة والإشارات خارج اللوحة التي تزحف إلى حواف اللوحة.

يوضح الشكل 7 مثالاً لوحدة Bluetooth موضوعة بالقرب من حافة اللوحة ، مع هوائيها (عبر الشاشة المطبوعة بعلامات “ANT”) خارج خط سميك يحتوي على ثقوب مدمجة متصلة بتكوين الأرض. يساعد هذا في عزل الهوائي عن الدوائر والطائرات الأخرى الموجودة على متن الطائرة.

يمكن استخدام هذه الطريقة البديلة للتوجيه عبر الأرض (في هذه الحالة المستوى متعدد الأضلاع) لحماية دائرة اللوحة من الإشارات اللاسلكية الخارجية خارج اللوحة. يوضح الشكل 8 ثنائي الفينيل متعدد الكلور حساس للضوضاء مع مستوى مضمن مؤرض من خلال ثقب على طول محيط اللوحة.

أفضل الممارسات لأسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تحدد العديد من العوامل خصائص الأسلاك في مجال ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، لذا تأكد من اتباع أفضل الممارسات عند توصيل سلك ثنائي الفينيل متعدد الكلور التالي ، وستجد توازنًا بين تكلفة فاب ثنائي الفينيل متعدد الكلور وكثافة الدائرة والأداء العام.