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

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

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 typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. 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). 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.

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. 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 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.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. 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.

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. See aitab antenni teistest pardal olevatest ahelatest ja lennukitest eraldada.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. 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.