Mis on joone laius?

Alustame põhitõdedest. Mis täpselt on jälje laius? Miks on oluline määrata konkreetne jälje laius? Eesmärgil PCB juhtmestik on ühendada ükskõik milline elektriline signaal (analoog, digitaalne või toide) ühest sõlmest teise.

Sõlm võib olla komponendi tihvt, suurema jälje või tasapinna haru või tühi padi või katsepunkt sondeerimiseks. Jälje laiust mõõdetakse tavaliselt millites või tuhandetes tollides. Tavaliste juhtmestike laiused tavaliste signaalide jaoks (erinõuded puuduvad) võivad olla 7–12 millimeetri ulatuses mitu tolli, kuid juhtmestiku laiuse ja pikkuse määramisel tuleks arvesse võtta paljusid tegureid.

Rakendus juhib tavaliselt juhtmestiku laiust ja juhtmestiku tüüpi PCB -konstruktsioonis ning tasakaalustab tavaliselt mingil hetkel trükkplaatide tootmiskulud, plaadi tihedus/suurus ja jõudlus. Kui plaadil on spetsiifilised konstruktsiooninõuded, näiteks kiiruse optimeerimine, müra või haakeseadise summutamine või suur vool/pinge, võib jälje laius ja tüüp olla olulisemad kui palja trükkplaadi tootmiskulud või plaadi üldine suurus.

Juhtmetega seotud spetsifikatsioon trükkplaatide tootmisel

Tavaliselt hakkavad järgmised juhtmestikuga seotud spetsifikatsioonid suurendama paljaste PCBS -ide tootmise kulusid.

Tänu rangematele trükkplaatide tolerantsidele ja kõrgekvaliteedilistele seadmetele, mida on vaja PCBS-i tootmiseks, kontrollimiseks või katsetamiseks, muutuvad kulud üsna kõrgeks:

L Jälje laius alla 5 mil (0.005 tolli)

L Vahekaugus alla 5 mils

L Läbimõõduga augud alla 8 mil

L Jälje paksus on vähem kui 1 unts (võrdne 1.4 milliga)

L Diferentsiaalpaar ja kontrollitud pikkus või juhtmestiku takistus

Suure tihedusega disainilahendused, mis ühendavad trükkplaatide ruumi võtmise, näiteks väga peenikese vahega BGA või suure signaalide arvuga paralleelsiinid, võivad vajada liini laiust 2.5 miljonit, aga ka eritüüpi läbivaid auke läbimõõduga kuni 6 miljonit. laseriga puuritud mikrotaugud. Seevastu mõned suure võimsusega disainilahendused võivad vajada väga suuri juhtmeid või tasapindu, mis kulutavad terveid kihte ja valavad untsi, mis on standardist paksemad. Ruumipiiranguga rakendustes võivad olla vajalikud väga õhukesed plaadid, mis sisaldavad mitut kihti ja piiratud vasest valamispaksust pool untsi (paksus 0.7 millimeetrit).

Muudel juhtudel võivad ühelt välisseadmelt teisele kiireks kommunikatsiooniks kavandatud juhtmed nõuda kontrollitud impedantsi ja spetsiifilise laiusega ning vahekaugust, et minimeerida peegeldust ja induktiivset sidumist. Või võib disain nõuda teatud pikkust, et see sobiks teiste siinis olevate signaalidega. Kõrgepingerakendused nõuavad teatud ohutusfunktsioone, näiteks kahe avatud diferentsiaalsignaali vahelise kauguse minimeerimist, et vältida kaare tekkimist. Olenemata omadustest või omadustest on määratluste jälgimine oluline, seega uurime erinevaid rakendusi.

Erinevad juhtmete laiused ja paksused

PCBS sisaldab tavaliselt erinevaid joonelaiusi, kuna need sõltuvad signaalivajadustest (vt joonis 1). Näidatud peenemad jäljed on mõeldud üldotstarbelistele TTL (transistor-transistor loogika) tasemel signaalidele ja neil pole erilisi nõudeid kõrge voolu või müra kaitseks.

Need on plaadil kõige levinumad juhtmestiku tüübid.

Paksem juhtmestik on optimeeritud voolu kandevõime jaoks ja seda saab kasutada välisseadmete või võimsusega seotud funktsioonide jaoks, mis nõuavad suuremat energiat, näiteks ventilaatorid, mootorid ja regulaarne jõuülekanne madalama taseme komponentidele. Joonise vasakus ülanurgas on isegi diferentsiaalsignaal (kiire USB), mis määratleb kindla vahekauguse ja laiuse, et täita impedantsinõudeid 90 ω. Joonisel 2 on kujutatud veidi tihedam trükkplaat, millel on kuus kihti ja mis vajab peenemat juhtmestikku vajavat BGA (ball grid array) komplekti.

Kuidas arvutada trükkplaadi laiust?

Lähme läbi teatud jäljelaiuse arvutamise protsessi toitesignaali jaoks, mis kannab voolu toite komponendist välisseadmesse. Selles näites arvutame alalisvoolumootori võimsustee minimaalse joone laiuse. Võimsustee algab kaitsmest, läbib H-silla (komponent, mida kasutatakse jõuülekande juhtimiseks alalisvoolumootori mähiste kaudu) ja lõpeb mootori pistikuga. Alalisvoolumootori keskmine pidev maksimaalne vool on umbes 2 amprit.

Nüüd toimib trükkplaadi juhtmestik takistina ning mida pikem ja kitsam on juhtmestik, seda rohkem takistust lisatakse. Kui juhtmestik pole õigesti määratletud, võib suur vool kahjustada juhtmeid ja/või põhjustada mootorile olulist pingelangust (mille tulemuseks on kiiruse vähenemine). Joonisel 21 näidatud NetC2_3 on umbes 0.8 tolli pikk ja peab kandma maksimaalset voolu 2 amprit. Kui me eeldame mõningaid üldtingimusi, näiteks 1 untsi vase valamist ja toatemperatuuri normaalse töö ajal, peame arvutama liini minimaalse laiuse ja eeldatava rõhulanguse sellel laiusel.

Kuidas arvutada trükkplaadi juhtmestik?

Jälgimispiirkonna jaoks kasutatakse järgmist võrrandit:

Pindala [Mils ²] = (praegune [Amp] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), mis järgib IPC väliskihi (või ülemise / alumise) kriteeriumi, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Pange tähele, et ainus muutuja, mida me tõesti peame sisestama, on praegune.

Selle piirkonna kasutamine järgmises võrrandis annab meile vajaliku laiuse, mis ütleb meile joone laiuse, mis on vajalik voolu kandmiseks ilma võimalike probleemideta:

Laius [Mils] = pindala [Mils ^ 2] / (paksus [oz] * 1.378 [mils / oz]), kus 1.378 on seotud standardse 1 oz valamise paksusega.

Kui sisestate ülaltoodud arvutusse 2 amprit voolu, saame minimaalselt 30 milliliitrit juhtmestikku.

Kuid see ei ütle meile, milline on pingelangus. See on rohkem kaasatud, kuna see peab arvutama traadi takistuse, mida saab teha vastavalt joonisel 4 toodud valemile.

Selles valemis ρ = vase takistus, α = vase temperatuurikoefitsient, T = jälje paksus, W = jälje laius, L = jälje pikkus, T = temperatuur. Kui kõik asjakohased väärtused sisestatakse 0.8 tolli pikkusele 30 millili laiusele, leiame, et juhtmestiku takistus on umbes 0.03? Ja see vähendab pinget umbes 26 mV võrra, mis sobib selle rakenduse jaoks hästi. On kasulik teada, mis neid väärtusi mõjutab.

PCB kaablite vahe ja pikkus

Kiire sidega digitaalsete disainilahenduste puhul võib olla vajalik vahekaugus ja reguleeritud pikkus, et minimeerida läbilööki, sidumist ja peegeldust. Sel eesmärgil on mõned levinumad rakendused USB-põhised jadasignaalid ja RAM-põhised paralleelsed diferentsiaalsignaalid. Tavaliselt nõuab USB 2.0 diferentseeritud marsruutimist kiirusel 480 Mbit/s (USB kiire kiirus) või kõrgem. See on osaliselt tingitud sellest, et kiire USB töötab tavaliselt palju madalamate pingete ja erinevustega, tuues signaali üldise taseme lähemale taustamürale.

Kiirete USB-kaablite suunamisel tuleb arvestada kolme olulise asjaga: juhtme laius, juhtmete vahe ja kaabli pikkus.

Kõik need on olulised, kuid kõige kriitilisem neist kolmest on veenduda, et kahe rea pikkused ühtiksid nii palju kui võimalik. Üldreegel on see, et kui kaablite pikkused erinevad üksteisest mitte rohkem kui 50 millini (kiire USB puhul), suurendab see oluliselt peegeldumisohtu, mille tulemuseks võib olla halb side. 90 oomi sobitustakistus on diferentsiaalpaaride juhtmestiku üldine spetsifikatsioon. Selle eesmärgi saavutamiseks tuleks marsruutimist optimeerida laiuse ja vahekauguse osas.

Joonisel 5 on näidatud näide diferentsiaalpaarist kiirete USB-liideste ühendamiseks, mis sisaldab 12 miljonit laiust juhtmestikku 15 miljoni intervalliga.

Mälupõhiste komponentide liidesed, mis sisaldavad paralleelseid liideseid (näiteks DDR3-SDRAM), on traadi pikkuse osas piiratumad. Enamikul tipptasemel trükkplaatide projekteerimistarkvaradel on pikkuse reguleerimise võimalused, mis optimeerivad liini pikkust, et see vastaks kõikidele paralleelsiini siinidele vastavatele signaalidele. Joonis 6 näitab DDR3 paigutuse näidet koos pikkuse reguleerimise juhtmestikuga.

Maapinna täitmise jäljed ja tasapinnad

Mõned müratundlike komponentidega rakendused, näiteks traadita kiibid või antennid, võivad vajada pisut lisakaitset. Juhtmete ja sisseehitatud maa-avadega tasapindade projekteerimine võib oluliselt aidata vähendada läheduses olevate juhtmete ühendamist või tasapinna valimist ja plaadiservadesse ronivaid signaale.

Joonisel 7 on toodud näide Bluetooth-moodulist, mis on paigutatud plaadi serva lähedale ja mille antenn (ekraanile trükitud “ANT” märgistuste kaudu) väljaspool paksu joont, mis sisaldab sisseehitatud läbilaskeavasid, mis on ühendatud maapinnaga. See aitab antenni teistest pardal olevatest ahelatest ja lennukitest eraldada.

Seda alternatiivset maapinnast (antud juhul hulknurkset tasapinda) suunamise meetodit saab kasutada plaadiahela kaitsmiseks väliste juhtmeta signaalide eest. Joonisel fig 8 on kujutatud müratundlik trükkplaat, millel on maandatud läbiva avaga tasapind mööda plaadi perifeeriat.

PCB juhtmestiku parimad tavad

Paljud tegurid määravad trükkplaadi välja juhtmestiku omadused, seega järgige kindlasti järgmisi trükkplaate ühendades parimaid tavasid ja leiate tasakaalu trükkplaatide maksumuse, vooluringi tiheduse ja üldise jõudluse vahel.