Hvad er linjebredde?

Lad os starte med det grundlæggende. Hvad er sporbredde egentlig? Hvorfor er det vigtigt at angive en bestemt sporbredde? Med henblik på PCB ledninger er at tilslutte enhver form for elektrisk signal (analogt, digitalt eller strøm) fra en knude til en anden.

En knude kan være en pin af en komponent, en gren af ​​et større spor eller plan eller en tom pude eller testpunkt til sondering. Sporbredder måles normalt i mils eller tusinder af inches. Standard ledningsbredder for almindelige signaler (ingen særlige krav) kan være flere centimeter lange i området 7-12 mil, men mange faktorer bør overvejes, når du definerer ledningsbredden og længden.

Ansøgningen driver typisk ledningsbredden og ledningstypen i PCB -design og balancerer normalt på et tidspunkt PCB -fremstillingsomkostninger, pladetæthed/størrelse og ydeevne. Hvis tavlen har specifikke designkrav, såsom hastighedsoptimering, støj eller koblingsundertrykkelse eller høj strøm/spænding, kan bredden og typen af ​​spor være vigtigere end at optimere fremstillingsomkostningerne for et blott PCB eller den samlede pladestørrelse.

Specifikation vedrørende ledninger i PCB -fremstilling

Typically, the following specifications related to wiring begin to increase the cost of manufacturing bare PCB.

Design med høj densitet, der kombinerer optagelse af PCB-plads, f.eks. BGA med meget fint mellemrum eller parallelle busser med højt signal, kan kræve en linjebredde på 2.5 mil samt særlige typer gennemgående huller med en diameter på op til 6 mil, f.eks. som laserborede microthrough-huller. Omvendt kan nogle design med høj effekt kræve meget store ledninger eller fly, forbruge hele lag og hælde ounces, der er tykkere end standard. I rumbegrænsede applikationer kan meget tynde plader indeholdende flere lag og en begrænset kobberstøbningstykkelse på en halv ounce (0.7 mil tykkelse) være påkrævet.

I andre tilfælde kan design til højhastighedskommunikation fra en perifer enhed til en anden kræve ledninger med kontrolleret impedans og specifikke bredder og afstand mellem hinanden for at minimere refleksion og induktiv kobling. Eller designet kan kræve en vis længde for at matche andre relevante signaler i bussen. Højspændingsapplikationer kræver visse sikkerhedsfunktioner, såsom at minimere afstanden mellem to udsatte differentialesignaler for at forhindre lysbue. Uanset egenskaber eller funktioner er sporing af definitioner vigtig, så lad os undersøge forskellige applikationer.

Forskellige ledningsbredder og -tykkelser

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. De finere spor, der er vist, er til generelle TTL-signaler (transistor-transistor logik) og har ingen særlige krav til høj strøm- eller støjbeskyttelse.

Disse vil være de mest almindelige ledningstyper på tavlen.

Tykkere ledninger er optimeret til den nuværende bæreevne og kan bruges til periferiudstyr eller strømrelaterede funktioner, der kræver højere effekt, såsom ventilatorer, motorer og regelmæssige kraftoverførsler til komponenter på lavere niveau. Den øverste venstre del af figuren viser endda et differentialesignal (USB-højhastighed), der definerer en bestemt afstand og bredde for at opfylde impedansbehovet på 90 ω. Figur 2 viser et lidt tættere printkort, der har seks lag og kræver en BGA (kuglestik), der kræver finere ledninger.

Hvordan beregnes PCB -linjebredde?

Lad os gennemgå processen med at beregne en bestemt sporbredde for et effektsignal, der overfører strøm fra en strømkomponent til en perifer enhed. I dette eksempel beregner vi den mindste linjebredde for strømbanen for en jævnstrømsmotor. Strømvejen starter ved sikringen, krydser H-broen (komponenten, der bruges til at styre kraftoverførsel over DC-motorviklingerne) og slutter ved motorens stik. Den gennemsnitlige kontinuerlige maksimale strøm, der kræves af en jævnstrømsmotor, er omkring 2 ampere.

Nu fungerer PCB -ledninger som en modstand, og jo længere og smallere ledningerne er, jo mere modstand tilføjes. Hvis ledningerne ikke er defineret korrekt, kan den høje strøm beskadige ledningerne og/eller forårsage et betydeligt spændingsfald til motoren (hvilket resulterer i reduceret hastighed). Hvis vi antager nogle generelle forhold, såsom 1 ounce kobberhældning og stuetemperatur under normal drift, skal vi beregne den mindste linjebredde og det forventede trykfald ved den bredde.

Afstand og længde på printkort

For digitale designs med højhastighedskommunikation kan det være nødvendigt med specifik afstand og justerede længder for at minimere krydstale, kobling og refleksion. Til dette formål er nogle almindelige applikationer USB-baserede serielle differentialesignaler og RAM-baserede parallelle differentialesignaler. Typisk kræver USB 2.0 differentiel routing ved 480 Mbit/s (USB højhastighedsklasse) eller højere. Dette skyldes dels, at højhastigheds-USB typisk fungerer ved meget lavere spændinger og forskelle, hvilket bringer det samlede signalniveau tættere på baggrundsstøj.

Der er tre vigtige ting at overveje, når du dirigerer højhastigheds-USB-kabler: trådbredde, blyafstand og kabellængde.

Alle disse er vigtige, men den mest kritiske af de tre er at sikre, at længderne på de to linjer matcher så meget som muligt. As a general rule of thumb, if the lengths of the cables differ from each other by no more than 50 mils, this significantly increases the risk of reflection, which may result in poor communication. 90 ohm matchende impedans er en generel specifikation for differentialparledninger. For at nå dette mål skal routing optimeres i bredde og afstand.

Figur 5 viser et eksempel på et differentialpar til tilslutning af højhastigheds USB-interfaces, der indeholder 12 mil brede ledninger i 15 mils intervaller.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. De fleste avancerede PCB-designsoftware har længdejusteringsfunktioner, der optimerer linjelængden til at matche alle relevante signaler i parallelbussen. Figur 6 viser et eksempel på et DDR3 -layout med længdejusteringskabler.

Spor og fly efter jordfyldning

Nogle applikationer med støjfølsomme komponenter, såsom trådløse chips eller antenner, kan kræve lidt ekstra beskyttelse. Design af ledninger og fly med indlejrede jordhuller kan i høj grad hjælpe med at minimere koblingen af ​​nærliggende ledninger eller flyplukning og off-board signaler, der kravler ind i kanterne af brættet.

Figure 7 shows an example of a Bluetooth module placed near the edge of the plate, with its antenna outside a thick line containing embedded through-holes connected to the ground formation. Dette hjælper med at isolere antennen fra andre kredsløb og fly ombord.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Figur 8 viser et støjfølsomt printkort med et jordet gennemgående hul indlejret plan langs periferien af ​​brættet.

Bedste fremgangsmåder til PCB -ledninger

Mange faktorer bestemmer ledningsegenskaberne for PCB -feltet, så sørg for at følge bedste praksis, når du tilslutter dit næste printkort, og du finder en balance mellem PCB -omkostninger, kredsløbstæthed og generel ydeevne.