Cosa hè a larghezza di a linea?

Cuminciamu cù i fundamenti. Chì hè esattamente a larghezza di traccia? Perchè hè impurtante specificà una larghezza di traccia specifica? U scopu di PCB u cablaggio hè di cunnessu ogni tipu di signale elettricu (analogicu, numericu o putenza) da un node à l’altru.

Un nodu pò esse un pinu di un cumpunente, un ramu di una traccia o un pianu più grande, o un pad vuoto o un puntu di prova per sonda. E larghezze di traccia sò generalmente misurate in mils o migliaia di pollici. E larghezze di cablaggio standard per i segnali ordinarji (senza esigenze speciali) ponu esse lunghe parechji pollici in a gamma 7-12 mils, ma parechji fattori devenu esse cunsiderati quandu si definisce a larghezza è a lunghezza di u cablaggio.

L’applicazione cunduce tipicamente a larghezza di cablaggio è u tippu di cablaggio in a cuncezzione di PCB è, à un certu puntu, generalmente equilibra i costi di fabbricazione di PCB, densità / dimensione di u pannellu, è prestazioni. Se u bordu hà esigenze specifiche di cuncepimentu, cume ottimizazione di velocità, rumore o soppressione di accoppiamento, o alta corrente / tensione, a larghezza è u tippu di traccia ponu esse più impurtanti ch’è l’ottimisazione di u costu di fabricazione di un PCB nudu o di a dimensione generale di u pannellu.

Specifiche relative à u cablaggio in a fabbricazione di PCB

Tipicamente, e seguenti specificazioni relative à u cablaggio cumincianu à aumentà u costu di a fabbricazione di PCBS nudi.

A causa di e tolleranze più strette di PCB è di l’attrezzatura di fascia alta necessaria per a fabbricazione, l’ispezione o a prova di PCBS, i costi diventanu abbastanza alti:

L Traccia larghezza menu di 5 mil (0.005 in.)

L Spaziatura di traccia menu di 5 mils

L Fori attraversu di diametru inferiore à 8 mil

L Spessore di traccia inferiore o uguale a 1 onza (uguale a 1.4 mil)

L Coppia differenziale è lunghezza controllata o impedenza di cablaggio

Disegni ad alta densità chì combinanu a presa di spaziu PCB, cume BGA assai finamente spaziatu o busi paralleli cunti di segnale elevati, ponu richiede una larghezza di linea di 2.5 mil, è ancu tippi speciali di fori passanti cun diametri fino à 6 mil, cume cum’è laser-fori microthrough-fori. À u cuntrariu, alcuni disegni di alta potenza ponu richiede cablaggi o piani assai grandi, cunsumendu strati interi è versendu once chì sò più spesse di u standard. In appiicazioni à spaziu limitatu, ponu esse richieste placche assai magre chì cuntenenu parechji strati è un spessore limitatu di fusione di rame di mezu onza (spessore 0.7 mil).

In altri casi, i disegni per a cumunicazione à grande velocità da un perifericu à l’altru ponu richiede cablaggi cun impedanza controllata è larghezze specifiche è spaziatura trà l’altru per minimizà a riflessione è l’accoppiamento induttivo. O u cuncepimentu pò richiede una certa lunghezza per abbinà altri segnali pertinenti in l’autobus. L’applicazioni à alta tensione richiedenu certe caratteristiche di sicurezza, cume minimizà a distanza trà dui segnali differenziali esposti per prevene l’arcu. Indipendentemente da e caratteristiche o caratteristiche, a definizione di traccia hè impurtante, allora esploremu varie applicazioni.

Varie larghezze è spessori di fili

U PCBS cuntene tipicamente una varietà di larghezze di linea, postu chì dipendenu da i bisogni di u signale (vede a Figura 1). E tracce più belle mostrate sò per signali di livellu TTL (transistoru-transistoru) di usu generale è ùn anu micca esigenze speciali per una alta prutezzione di corrente o rumore.

Quessi saranu i tippi di cablaggi più cumuni nantu à u bordu.

Un cablaggio più grossu hè statu ottimizatu per a capacità di carica attuale è pò esse adupratu per periferiche o funzioni relative à l’energia chì richiedenu una putenza superiore, cume ventilatori, motori, è trasferimenti regulari di putenza à cumpunenti di livellu inferiore. A parte superiore sinistra di a figura mostra ancu un signale differenziale (USB ad alta velocità) chì definisce una spaziatura è una larghezza specifiche per soddisfà i requisiti di impedenza di 90 ω. A Figura 2 mostra un circuitu leggermente più densu chì hà sei strati è richiede un assemblea BGA (array grid grid) chì richiede cablaggi più fini.

Cumu calculà a larghezza di a linea PCB?

Passemu per u prucessu di calculà una certa larghezza di traccia per un segnale di potenza chì trasferisce u currente da un componente di potenza à un dispositivu perifericu. In questu esempiu, calculeremu a larghezza minima di linea di u percorsu di potenza per un mutore DC. U percorsu di putenza parte da u fusibile, attraversa u ponte H (u cumpunente adupratu per gestisce a trasmissione di putenza à traversu i ghjiru di u motoru DC), è finisce à u connettore di u mutore. A corrente massima cuntinua media necessaria da un mutore DC hè di circa 2 amperi.

Avà, u cablatu PCB funziona cum’è una resistenza, è u più longu è più strettu u cablatu, più resistenza hè aghjuntu. Se u cablu ùn hè micca definitu currettamente, a corrente alta pò dannà u cablaggio è / o causà una caduta di tensione significativa à u mutore (risultendu in una velocità ridotta). U NetC21_2 mostratu in a Figura 3 hè circa 0.8 pollici di lunghezza è hà bisognu di portà una corrente massima di 2 amperi. Se assumemu alcune condizioni generali, cume 1 oncia di versu di rame è temperatura di l’ambiente durante u funziunamentu normale, avemu bisognu di calculà a larghezza minima di a linea è a caduta di pressione prevista à quella larghezza.

Cume calculà a resistenza di cablaggio PCB?

L’equazione seguente hè aduprata per l’area di traccia:

Area [Mils ²] = (attuale [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), chì seguita u criteriu di u stratu esternu IPC (o superiore / inferiore), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Innota chì l’unica variabile chì avemu veramente bisognu di inserisce hè attuale.

Aduprà sta regione in l’equazione seguente ci darà a larghezza necessaria chì ci dice a larghezza di linea necessaria per trasportà u corrente senza prublemi potenziali:

Larghezza [Mils] = area [Mils ^ 2] / (spessore [oz] * 1.378 [mils / oz]), induve 1.378 hè in relazione cù u spessore standard di 1 oz.

Inserendu 2 amperi di corrente in u calculu sopra, uttenemu un minimu di 30 mils di cablaggio.

Ma què ùn ci dice micca ciò chì serà a caduta di tensione. Questu hè più implicatu perchè deve calculà a resistenza di u filu, chì pò esse fatta secondu a formula mostrata in a Figura 4.

In questa formula, ρ = resistività di u rame, α = coefficiente di temperatura di u rame, T = spessore di traccia, W = larghezza di traccia, L = lunghezza di traccia, T = temperatura. Se tutti i valori pertinenti sò inseriti in una lunghezza di 0.8 “di larghezza 30mils, truvemu chì a resistenza di cablaggio hè circa 0.03? È riduce a tensione di circa 26mV, chì hè bè per questa applicazione. Hè utile sapè ciò chì tocca questi valori.

Spaziatura è lunghezza di i cavi PCB

Per i disegni digitali cù cumunicazioni à grande velocità, spaziatura specifica è lunghezze regolate ponu esse necessarie per minimizà a diafonia, accoppiamento è riflessione. Per questu scopu, alcune applicazioni cumuni sò segnali differenziali seriali basati in USB è segnali differenziali paralleli basati in RAM. Tipicamente, USB 2.0 richiederà un routing differenziale à 480Mbit / s (classe USB ad alta velocità) o superiore. Questu hè in parte perchè u USB ad alta velocità funziona tipicamente à tensioni è differenze assai inferiori, avvicinendu u livellu generale di u signale più vicinu à u rumu di fondu.

Ci hè trè cose impurtanti da cunsiderà quandu si dirige cavi USB ad alta velocità: larghezza di filu, spaziatura di piombu è lunghezza di cavu.

Tutti questi sò impurtanti, ma u più criticu di i trè hè di assicurà chì e lunghezze di e duie linee currispondenu u più pussibule. In regula generale, se e lunghezze di i cavi differenu trà di elli micca più di 50 mils (per USB ad alta velocità), questu aumenta significativamente u risicu di riflessione, chì pò dà una cattiva comunicazione. Impedenza di corrispondenza 90 ohm hè una specificazione generale per u cablaggio di coppia differenziale. Per ghjunghje à questu scopu, u routing deve esse ottimizatu in larghezza è spaziatura.

A Figura 5 mostra un esempiu di una coppia differenziale per cablà interfacce USB ad alta velocità chì cuntene un cablaggio largu di 12 mil in intervalli di 15 mil.

L’interfacce per cumpunenti basati in memoria chì cuntenenu interfacce parallele (cum’è DDR3-SDRAM) seranu più limitati in termini di lunghezza di filu. A maiò parte di u lugiziale di cuncepimentu PCB avarà capacità di regulazione di a lunghezza chì ottimisanu a lunghezza di a linea per fassi cù tutti i signali pertinenti in u busu parallelu. A Figura 6 mostra un esempiu di un layout DDR3 cun cablaggio di regolazione di lunghezza.

Tracce è piani di riempimentu di terra

Alcune applicazioni cù cumpunenti sensibili à u rumore, cum’è chips wireless o antenne, ponu richiede un pocu di prutezzione in più. A cuncezzione di cablaggi è piani cù fori di terra integrati pò aiutà assai à minimizà l’accoppiamento di cablaggi vicini o di raccolta di piani è di segnali fora di bordu chì striscianu in i bordi di u bordu.

A Figura 7 mostra un esempiu di un modulu Bluetooth piazzatu vicinu à u bordu di a piastra, cù a so antenna (via schermu stampatu “ANT” marchi) fora di una linea spessa chì cuntene incrustate fori attraversu cunnessi à a furmazione di terra. Questu aiuta à isolà l’antenna da altri circuiti è piani di bordu.

Stu metudu alternativu di instradamentu attraversu a terra (in questu casu un pianu poligonale) pò esse adupratu per prutege u circuitu di a scheda da i segnali senza fili esterni fora di bordu. A Figura 8 mostra un PCB sensibile à u rumu cù un pianu incrustatu attraversu u foru attraversu a periferia di u bordu.

Pratiche ottimali per u cablu PCB

Parechji fattori determinanu e caratteristiche di cablaggio di u campu PCB, allora assicuratevi di seguità e pratiche migliori quandu cablate u vostru prossimu PCB, è truverete un equilibriu trà u costu di fab fabbrica, densità di circuitu è ​​prestazioni generali.