Mikä on viivan leveys?

Aloitetaan perusteista. Mikä on jäljen leveys tarkalleen? Miksi on tärkeää määrittää tietty jäljen leveys? Tavoitteena PCB Johdotus on kytkeä kaikenlainen sähköinen signaali (analoginen, digitaalinen tai virtalähde) solmusta toiseen.

Solmu voi olla komponentin tappi, suuremman jäljen tai tason haara tai tyhjä tyyny tai testauspiste koettamista varten. Jälkien leveydet mitataan yleensä milliä tai tuhansia tuumaa. Tavallisten signaalien vakiokaapelileveydet (ei erityisvaatimuksia) voivat olla useiden tuumien pituisia 7-12 millin alueella, mutta monia tekijöitä on otettava huomioon johdotuksen leveyttä ja pituutta määritettäessä.

Sovellus ohjaa tyypillisesti johdotuksen leveyttä ja johdotustyyppiä PCB -suunnittelussa, ja jossain vaiheessa se yleensä tasapainottaa piirilevyjen valmistuskustannukset, levyn tiheys/koko ja suorituskyky. Jos levyllä on erityisiä suunnitteluvaatimuksia, kuten nopeuden optimointi, kohina tai kytkimen vaimennus tai korkea virta/jännite, jäljen leveys ja tyyppi voivat olla tärkeämpiä kuin paljaan piirilevyn valmistuskustannusten tai koko levyn koon optimointi.

Piirilevyjen valmistuksen johdotusta koskevat eritelmät

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

Suuritiheyksiset mallit, joissa yhdistyvät PCB-tilankäyttö, kuten hyvin hienoksi sijoitetut BGA- tai suuren signaalimäärän rinnakkaisväylät, voivat vaatia 2.5 mil linjan leveyden sekä erityyppisiä läpireikiä, joiden halkaisija on enintään 6 mil laserporattuina mikrorei’inä. Toisaalta jotkut suuritehoiset mallit voivat vaatia erittäin suuria johdotuksia tai tasoja, jotka kuluttavat kokonaisia ​​kerroksia ja kaatavat unssia, jotka ovat paksumpia kuin normaalit. Tilarajoitetuissa sovelluksissa voidaan tarvita hyvin ohuita levyjä, jotka sisältävät useita kerroksia ja rajoitettu kuparivalun paksuus on puoli unssia (0.7 mil paksuus).

Muissa tapauksissa suunnittelut nopeaa tiedonsiirtoa varten oheislaitteesta toiseen voivat vaatia johdotusta, jolla on säädetty impedanssi ja tietyt leveydet ja etäisyys toistensa välillä heijastumisen ja induktiivisen kytkennän minimoimiseksi. Tai malli voi vaatia tietyn pituuden vastaamaan muita väylän asiaankuuluvia signaaleja. Suurjännitesovellukset edellyttävät tiettyjä turvaominaisuuksia, kuten kahden paljastetun differentiaalisignaalin välisen etäisyyden minimointi valokaaren estämiseksi. Ominaisuuksista tai ominaisuuksista riippumatta määritelmien jäljittäminen on tärkeää, joten tutkitaan erilaisia ​​sovelluksia.

Erilaisia ​​johtimien leveyksiä ja paksuuksia

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Näytetyt hienommat jäljet ​​ovat yleiskäyttöisiä TTL (transistori-transistorilogiikka) -tason signaaleja, eikä niillä ole erityisvaatimuksia korkealle virralle tai melulle.

Nämä ovat levyn yleisimmät johdotustyypit.

Paksummat johdotukset on optimoitu virrankulutuskapasiteettia varten, ja niitä voidaan käyttää oheislaitteisiin tai tehoon liittyviin toimintoihin, jotka vaativat suurempaa tehoa, kuten puhaltimiin, moottoreihin ja säännöllisiin voimansiirtoihin alemman tason komponentteihin. Kuvan vasemmassa yläkulmassa näkyy jopa differentiaalisignaali (nopea USB), joka määrittää tietyn etäisyyden ja leveyden 90 imp: n impedanssivaatimusten täyttämiseksi. Kuva 2 esittää hieman tiheämpää piirilevyä, jossa on kuusi kerrosta ja joka vaatii BGA (ball grid array) -kokoonpanon, joka vaatii hienompaa johdotusta.

Kuinka laskea piirilevyn leveys?

Käydään läpi prosessi, jolla lasketaan tietty jäljen leveys tehosignaalille, joka siirtää virran tehokomponentista oheislaitteeseen. Tässä esimerkissä laskemme tasavirtamoottorin tehoradan vähimmäislinjan leveyden. Tehorata alkaa sulakkeesta, ylittää H-sillan (komponentin, jota käytetään voimansiirron hallintaan tasavirtamoottorin käämien yli) ja päättyy moottorin liittimeen. Tasavirtamoottorin vaatima keskimääräinen jatkuva maksimivirta on noin 2 ampeeria.

Nyt piirilevyjohdot toimivat vastuksena, ja mitä pidempi ja kapeampi johdotus, sitä enemmän vastusta lisätään. Jos johdotusta ei ole määritelty oikein, suuri virta voi vaurioittaa johdotusta ja/tai aiheuttaa moottoriin merkittävän jännitehäviön (mikä johtaa nopeuden laskuun). Jos oletamme joitain yleisiä olosuhteita, kuten 1 unssia kuparin kaatamista ja huonelämpötilaa normaalikäytön aikana, meidän on laskettava vähimmäislinjan leveys ja odotettu painehäviö tällä leveydellä.

PCB -kaapelien etäisyys ja pituus

Digitaalisissa malleissa, joissa on nopea tiedonsiirto, erityiset etäisyydet ja säädetyt pituudet voivat olla tarpeen ylikuulumisen, kytkennän ja heijastumisen minimoimiseksi. Tätä tarkoitusta varten jotkin yleiset sovellukset ovat USB-pohjaisia ​​sarjaerosignaaleja ja RAM-pohjaisia ​​rinnakkaisia ​​differentiaalisignaaleja. Yleensä USB 2.0 vaatii differentiaalireitityksen nopeudella 480 Mbit/s (USB -nopeusluokka) tai nopeampi. Tämä johtuu osittain siitä, että nopea USB toimii tyypillisesti paljon pienemmillä jännitteillä ja eroilla, mikä tuo signaalin yleisen tason lähemmäksi taustamelua.

Nopeita USB-kaapeleita reititettäessä on otettava huomioon kolme tärkeää asiaa: johdon leveys, johdinväli ja kaapelin pituus.

Kaikki nämä ovat tärkeitä, mutta kriittisin näistä kolmesta on varmistaa, että kahden rivin pituudet vastaavat mahdollisimman paljon. 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 ohmin sovitusimpedanssi on yleinen eritelmä differentiaaliparijohdotukselle. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi reititys on optimoitava leveydeltään ja etäisyydeltään.

Kuvassa 5 on esimerkki differentiaaliparista nopeiden USB-liitäntöjen kytkemiseksi, joka sisältää 12 miljoonaa leveää johdotusta 15 miljoonan välein.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Useimmissa huippuluokan piirilevyjen suunnitteluohjelmistoissa on pituuden säätömahdollisuudet, jotka optimoivat linjan pituuden vastaamaan kaikkia rinnakkaisväylän asiaankuuluvia signaaleja. Kuvassa 6 on esimerkki DDR3 -asettelusta, jossa on pituuden säätöjohdot.

Maatäytön jälkiä ja tasoja

Jotkin sovellukset, joissa on meluherkkiä komponentteja, kuten langattomat sirut tai antennit, saattavat vaatia hieman lisäsuojaa. Johdotusten ja koneiden suunnittelu, joissa on upotetut maareiät, voi suuresti auttaa minimoimaan lähellä olevien johdotusten tai tason poimimisen ja levyn reunoihin ryömivien signaalien kytkennän.

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. Tämä auttaa eristämään antennin muista piiristä ja lentokoneista.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Kuvio 8 esittää meluherkkää piirilevyä, jossa on maadoitettu läpireikäinen upotettu taso levyn kehää pitkin.

PCB -johdotuksen parhaat käytännöt

Monet tekijät määräävät piirilevykentän johdotusominaisuudet, joten muista noudattaa parhaita käytäntöjä seuraavan piirilevyn johdotuksessa, ja löydät tasapainon piirilevyjen kustannusten, piirin tiheyden ja yleisen suorituskyvyn välillä.