Каква е ширината на линията?

Да започнем с основите. Каква точно е ширината на следите? Защо е важно да се посочи конкретна ширина на проследяването? Целта на PCB окабеляването е за свързване на всякакъв вид електрически сигнал (аналогов, цифров или захранващ) от един възел към друг.

Възел може да бъде щифт на компонент, клон на по -голяма следа или равнина или празна подложка или тестова точка за сондиране. Ширините на следите обикновено се измерват в мили или хиляди инчове. Стандартните ширини на окабеляване за обикновени сигнали (без специални изисквания) могат да бъдат с дължина няколко инча в диапазона 7-12 мили, но трябва да се имат предвид много фактори при определяне на ширината и дължината на окабеляването.

Приложението обикновено управлява ширината на окабеляването и вида на окабеляването в дизайна на печатни платки и в един момент обикновено балансира производствените разходи за печатни платки, плътността/размера на платката и производителността. Ако платката има специфични проектни изисквания, като оптимизация на скоростта, потискане на шума или свързването или висок ток/напрежение, ширината и видът на следите може да са по -важни от оптимизирането на производствените разходи за гола печатна платка или общия размер на платката.

Спецификация, свързана с окабеляване в производството на печатни платки

Обикновено следните спецификации, свързани с окабеляването, започват да увеличават разходите за производство на голи PCBS.

Поради по-строгите допуски на печатни платки и висококачественото оборудване, необходимо за производството, проверката или тестването на печатни платки, разходите стават доста високи:

L Ширина на следите по -малка от 5 мили (0.005 инча)

L Разстояние между следите по -малко от 5 мили

L През отвори с диаметър по -малък от 8 mil

L Дебелина на следата по -малка или равна на 1 унция (равна на 1.4 мили)

L Диференциална двойка и контролирана дължина или импеданс на окабеляване

Проекти с висока плътност, които съчетават заемане на място за печатни платки, като много фино разположени BGA или паралелни шини с голям брой сигнали, може да изискват ширина на линията 2.5 mil, както и специални видове проходни отвори с диаметри до 6 mil, като като лазерно пробити микроотвори. Обратно, някои конструкции с висока мощност може да изискват много голямо окабеляване или равнини, като консумират цели слоеве и изливат унции, които са по-дебели от стандартните. В приложения с ограничено пространство може да са необходими много тънки плочи, съдържащи няколко слоя и ограничена дебелина на медното леене от половин унция (дебелина 0.7 мили).

В други случаи проектите за високоскоростна комуникация от една периферия към друга може да изискват окабеляване с контролиран импеданс и специфични ширини и разстояния помежду си, за да се сведе до минимум отражението и индуктивното свързване. Или дизайнът може да изисква определена дължина, за да съответства на други съответни сигнали в шината. Приложенията с високо напрежение изискват определени функции за безопасност, като например минимизиране на разстоянието между два изложени диференциални сигнала, за да се предотврати появата на искри. Независимо от характеристиките или характеристиките, проследяването на дефинициите е важно, затова нека разгледаме различни приложения.

Различни ширини и дебелини на окабеляването

PCBS обикновено съдържат различни ширини на линиите, тъй като те зависят от изискванията за сигнал (виж Фигура 1). Показаните по-фини следи са за сигнали за ниво TTL (логика транзистор-транзистор) с общо предназначение и нямат специални изисквания за защита от висок ток или шум.

Това ще бъдат най -често срещаните видове окабеляване на платката.

По-дебелото окабеляване е оптимизирано за товароносимост и може да се използва за периферни устройства или свързани с захранването функции, които изискват по-голяма мощност, като вентилатори, двигатели и редовно прехвърляне на мощност към компоненти от по-ниско ниво. Горната лява част на фигурата дори показва диференциален сигнал (USB високоскоростен), който определя определено разстояние и ширина, за да отговори на изискванията за импеданс от 90 ω. Фигура 2 показва малко по -плътна платка, която има шест слоя и изисква BGA (топка решетка решетка) монтаж, който изисква по -фино окабеляване.

Как да се изчисли ширината на линията на печатни платки?

Нека преминем през процеса на изчисляване на определена ширина на проследяване за захранващ сигнал, който прехвърля ток от захранващ компонент към периферно устройство. В този пример ще изчислим минималната ширина на линията на пътя на захранването за DC двигател. Пътят на захранването започва от предпазителя, пресича H-моста (компонентът, използван за управление на предаването на енергия през намотките на постояннотоковия двигател) и завършва в съединителя на двигателя. Средният непрекъснат максимален ток, необходим на постояннотоков двигател, е около 2 ампера.

Сега окабеляването на печатни платки действа като резистор и колкото по -дълго и по -тясно е окабеляването, толкова повече съпротивление се добавя. Ако окабеляването не е определено правилно, високият ток може да повреди окабеляването и/или да причини значителен спад на напрежението на двигателя (което води до намалена скорост). NetC21_2, показан на фигура 3, е с дължина около 0.8 инча и трябва да носи максимален ток от 2 ампера. Ако приемем някои общи условия, като 1 унция изливане на мед и стайна температура по време на нормална работа, трябва да изчислим минималната ширина на тръбата и очаквания спад на налягането при тази ширина.

Как да се изчисли съпротивлението на окабеляването на печатни платки?

За площта на следите се използва следното уравнение:

Област [Mils ²] = (ток [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), който следва критерия за външния слой на IPC (или отгоре / отдолу), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Обърнете внимание, че единствената променлива, която наистина трябва да вмъкнем, е текуща.

Използването на тази област в следното уравнение ще ни даде необходимата ширина, която ни казва ширината на линията, необходима за пренасяне на тока без никакви потенциални проблеми:

Ширина [Mils] = площ [Mils ^ 2] / (дебелина [oz] * 1.378 [mils / oz]), където 1.378 е свързано със стандартната дебелина на наливане от 1 oz.

Като вмъкнем 2 ампера ток в горното изчисление, получаваме минимум 30 мили кабели.

Но това не ни казва какъв ще бъде спадът на напрежението. Това е по -ангажирано, защото трябва да се изчисли съпротивлението на проводника, което може да се направи съгласно формулата, показана на фигура 4.

В тази формула ρ = съпротивление на медта, α = температурен коефициент на медта, T = дебелина на следата, W = ширина на следата, L = дължина на следата, T = температура. Ако всички съответни стойности са вмъкнати в 0.8 “дължина с ширина 30 мили, откриваме, че съпротивлението на окабеляването е около 0.03? И намалява напрежението с около 26mV, което е добре за това приложение. Полезно е да знаете какво влияе на тези ценности.

Разстояние и дължина на печатни платки

За цифрови дизайни с високоскоростни комуникации може да са необходими специфични разстояния и коригирани дължини, за да се сведе до минимум кръстосаните смущения, свързването и отражението. За тази цел някои често срещани приложения са USB-базирани серийни диференциални сигнали и RAM-базирани паралелни диференциални сигнали. Обикновено USB 2.0 ще изисква диференцирано маршрутизиране при 480Mbit/s (USB високоскоростен клас) или по -високо. Това отчасти се дължи на факта, че високоскоростният USB обикновено работи при много по-ниско напрежение и разлики, което доближава общото ниво на сигнала до фоновия шум.

Има три важни неща, които трябва да имате предвид при прокарването на високоскоростни USB кабели: ширина на проводника, разстояние между проводниците и дължина на кабела.

Всички те са важни, но най -критичното от трите е да се уверите, че дължините на двете линии съвпадат максимално. Като общо правило, ако дължините на кабелите се различават един от друг с не повече от 50 мили (за високоскоростен USB), това значително увеличава риска от отражение, което може да доведе до лоша комуникация. Съответстващият импеданс от 90 ома е обща спецификация за окабеляване на диференциална двойка. За да се постигне тази цел, маршрутизацията трябва да бъде оптимизирана по ширина и разстояние.

Фигура 5 показва пример за диференциална двойка за окабеляване на високоскоростни USB интерфейси, която съдържа окабеляване с ширина 12 мили на 15 мили интервали.

Интерфейсите за компоненти, базирани на паметта, които съдържат паралелни интерфейси (като DDR3-SDRAM), ще бъдат по-ограничени по отношение на дължината на проводника. Повечето софтуер за проектиране на печатни платки от висок клас ще имат възможности за регулиране на дължината, които оптимизират дължината на линията, за да съответстват на всички съответни сигнали в паралелната шина. Фигура 6 показва пример за DDR3 оформление с окабеляване за регулиране на дължината.

Следи и равнини на пълнене на земята

Някои приложения с чувствителни към шум компоненти, като безжични чипове или антени, може да изискват малко допълнителна защита. Проектирането на окабеляване и равнини с вградени отвори за заземяване може значително да помогне за свеждане до минимум на свързването на близките проводници или избиране на равнини и извънбордови сигнали, които пълзят в ръбовете на дъската.

Фигура 7 показва пример за Bluetooth модул, поставен близо до ръба на плочата, с неговата антена (чрез ситопечатни маркировки „ANT“) извън дебела линия, съдържаща вградени проходни отвори, свързани със земната формация. Това помага да се изолира антената от други бордови схеми и равнини.

Този алтернативен метод за маршрутизиране през земята (в този случай полигонална равнина) може да се използва за защита на платката от външни извънбордови безжични сигнали. Фигура 8 показва чувствителна към шум печатна платка със заземена плоскост, вградена през отвора по периферията на платката.

Най -добри практики за окабеляване на печатни платки

Много фактори определят характеристиките на окабеляване на полето за печатни платки, така че не забравяйте да следвате най -добрите практики, когато окабелявате следващата си печатна платка, и ще намерите баланс между цената на печатната платка, плътността на веригата и общата производителност.