What is line width?

आइए बुनियादी बातों से शुरू करें। What exactly is trace width? एक विशिष्ट ट्रेस चौड़ाई निर्दिष्ट करना क्यों महत्वपूर्ण है? के प्रयोजन के पीसीबी वायरिंग किसी भी प्रकार के विद्युत सिग्नल (एनालॉग, डिजिटल या पावर) को एक नोड से दूसरे नोड से जोड़ने के लिए है।

एक नोड एक घटक का पिन, एक बड़े ट्रेस या विमान की एक शाखा, या जांच के लिए एक खाली पैड या परीक्षण बिंदु हो सकता है। Trace widths are usually measured in mils or thousands of inches. Standard wiring widths for ordinary signals (no special requirements) may be several inches in length in the 7-12 mils range, but many factors should be considered when defining the wiring width and length.

The application typically drives the wiring width and wiring type in PCB design and, at some point, usually balances PCB manufacturing cost, board density/size, and performance. यदि बोर्ड की विशिष्ट डिजाइन आवश्यकताएं हैं, जैसे गति अनुकूलन, शोर या युग्मन दमन, या उच्च वर्तमान/वोल्टेज, तो चौड़ाई और ट्रेस का प्रकार नंगे पीसीबी या समग्र बोर्ड आकार की विनिर्माण लागत को अनुकूलित करने से अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है।

Specification relating to wiring in PCB manufacturing

आमतौर पर, वायरिंग से संबंधित निम्नलिखित विनिर्देश नंगे पीसीबी के निर्माण की लागत में वृद्धि करना शुरू करते हैं।

पीसीबी की सख्त सहनशीलता और पीसीबी के निर्माण, निरीक्षण या परीक्षण के लिए आवश्यक उच्च अंत उपकरणों के कारण, लागत काफी अधिक हो जाती है:

एल ट्रेस चौड़ाई 5 मील से कम (0.005 इंच)

L Trace spacing less than 5 mils

L Through holes less than 8 mil in diameter

एल ट्रेस मोटाई 1 औंस से कम या उसके बराबर (1.4 मिलियन के बराबर)

L Differential pair and controlled length or wiring impedance

उच्च-घनत्व वाले डिज़ाइन जो पीसीबी स्पेस लेने को जोड़ते हैं, जैसे कि बहुत बारीक दूरी वाली बीजीए या उच्च सिग्नल गिनती समानांतर बसों के लिए 2.5 मिलियन की लाइन चौड़ाई की आवश्यकता हो सकती है, साथ ही 6 मिलियन तक के व्यास वाले विशेष प्रकार के थ्रू-होल की आवश्यकता हो सकती है, जैसे लेजर ड्रिल्ड माइक्रोथ्रू-होल के रूप में। इसके विपरीत, कुछ उच्च-शक्ति वाले डिज़ाइनों में बहुत बड़े तारों या विमानों की आवश्यकता हो सकती है, पूरी परतों का उपभोग करना और औंस डालना जो मानक से अधिक मोटे होते हैं। In space-constrained applications, very thin plates containing several layers and a limited copper casting thickness of half an ounce (0.7 mil thickness) may be required.

अन्य मामलों में, एक परिधीय से दूसरे में उच्च गति संचार के लिए डिजाइनों को नियंत्रित प्रतिबाधा और विशिष्ट चौड़ाई के साथ तारों की आवश्यकता हो सकती है और प्रतिबिंब और आगमनात्मक युग्मन को कम करने के लिए एक दूसरे के बीच अंतर हो सकता है। या बस में अन्य प्रासंगिक संकेतों से मेल खाने के लिए डिज़ाइन को एक निश्चित लंबाई की आवश्यकता हो सकती है। उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए कुछ सुरक्षा सुविधाओं की आवश्यकता होती है, जैसे कि आर्किंग को रोकने के लिए दो उजागर अंतर संकेतों के बीच की दूरी को कम करना। विशेषताओं या विशेषताओं के बावजूद, परिभाषाओं का पता लगाना महत्वपूर्ण है, तो आइए विभिन्न अनुप्रयोगों का पता लगाएं।

Various wiring widths and thicknesses

PCBS में आमतौर पर विभिन्न प्रकार की लाइन चौड़ाई होती है, क्योंकि वे सिग्नल आवश्यकताओं पर निर्भर करती हैं (चित्र 1 देखें)। दिखाए गए महीन निशान सामान्य प्रयोजन के टीटीएल (ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक) स्तर के संकेतों के लिए हैं और उच्च धारा या शोर संरक्षण के लिए कोई विशेष आवश्यकता नहीं है।

ये बोर्ड पर सबसे आम वायरिंग प्रकार होंगे।

मोटा तारों को वर्तमान वहन क्षमता के लिए अनुकूलित किया गया है और इसका उपयोग बाह्य उपकरणों या बिजली से संबंधित कार्यों के लिए किया जा सकता है, जिसमें उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है, जैसे कि पंखे, मोटर और निचले स्तर के घटकों को नियमित बिजली हस्तांतरण। The upper left part of the figure even shows a differential signal (USB high-speed) that defines a specific spacing and width to meet the impedance requirements of 90 ω. चित्र 2 थोड़ा सघन सर्किट बोर्ड दिखाता है जिसमें छह परतें होती हैं और इसके लिए एक BGA (बॉल ग्रिड ऐरे) असेंबली की आवश्यकता होती है जिसके लिए महीन तारों की आवश्यकता होती है।

How to calculate PCB line width?

Let’s step through the process of calculating a certain trace width for a power signal that transfers current from a power component to a peripheral device. इस उदाहरण में, हम डीसी मोटर के लिए पावर पथ की न्यूनतम लाइन चौड़ाई की गणना करेंगे। पावर पथ फ्यूज से शुरू होता है, एच-ब्रिज (डीसी मोटर वाइंडिंग में पावर ट्रांसमिशन को प्रबंधित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला घटक) को पार करता है, और मोटर के कनेक्टर पर समाप्त होता है। एक डीसी मोटर द्वारा आवश्यक औसत निरंतर अधिकतम धारा लगभग 2 एम्पीयर है।

अब, पीसीबी वायरिंग एक अवरोधक के रूप में कार्य करता है, और वायरिंग जितनी लंबी और संकरी होती है, उतना ही अधिक प्रतिरोध जोड़ा जाता है। If wiring is not defined correctly, the high current may damage wiring and/or cause a significant voltage drop to the motor (resulting in reduced speed). The NetC21_2 shown in Figure 3 is about 0.8 inches long and needs to carry a maximum current of 2 amperes. यदि हम कुछ सामान्य स्थितियों को मानते हैं, जैसे कि सामान्य ऑपरेशन के दौरान 1 औंस तांबा डालना और कमरे का तापमान, तो हमें न्यूनतम लाइन चौड़ाई और उस चौड़ाई पर अपेक्षित दबाव ड्रॉप की गणना करने की आवश्यकता है।

पीसीबी वायरिंग प्रतिरोध की गणना कैसे करें?

The following equation is used for trace area:

Area [Mils ²] = (current [Amps] / (K * (Temp_Rise [°C]) ^ b)) ^ (1 / C), which follows IPC outer layer (or top/bottom) criterion, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. ध्यान दें कि एकमात्र चर जिसे हमें वास्तव में सम्मिलित करने की आवश्यकता है वह वर्तमान है।

Using this region in the following equation will give us the necessary width that tells us the line width needed to carry the current without any potential problems:

चौड़ाई [मिल्स] = क्षेत्र [मिल्स ^ 2] / (मोटाई [ओज़] * 1.378 [मिल/औंस]), जहां 1.378 मानक 1 औंस डालने की मोटाई से संबंधित है।

उपरोक्त गणना में 2 एम्पीयर करंट डालने से हमें कम से कम 30 मील की वायरिंग मिलती है।

But that doesn’t tell us what the voltage drop is going to be. This is more involved because it needs to calculate the resistance of the wire, which can be done according to the formula shown in Figure 4.

इस सूत्र में, = तांबे की प्रतिरोधकता, α= तांबे का तापमान गुणांक, टी = ट्रेस मोटाई, डब्ल्यू = ट्रेस चौड़ाई, एल = ट्रेस लंबाई, टी = तापमान। यदि सभी प्रासंगिक मानों को 0.8 “लंबाई 30mils चौड़ाई में डाला जाता है, तो हम पाते हैं कि तारों का प्रतिरोध लगभग 0.03 है? And it lowers the voltage by about 26mV, which is fine for this application. यह जानना उपयोगी है कि इन मूल्यों को क्या प्रभावित करता है।

पीसीबी केबल रिक्ति और लंबाई

उच्च गति संचार के साथ डिजिटल डिजाइन के लिए, क्रॉसस्टॉक, कपलिंग और प्रतिबिंब को कम करने के लिए विशिष्ट रिक्ति और समायोजित लंबाई की आवश्यकता हो सकती है। इस प्रयोजन के लिए, कुछ सामान्य अनुप्रयोग यूएसबी-आधारित सीरियल डिफरेंशियल सिग्नल और रैम-आधारित समानांतर डिफरेंशियल सिग्नल हैं। Typically, USB 2.0 will require differential routing at 480Mbit/s (USB high speed class) or higher. This is partly because high-speed USB typically operates at much lower voltages and differences, bringing the overall signal level closer to background noise.

There are three important things to consider when routing high-speed USB cables: wire width, lead spacing, and cable length.

ये सभी महत्वपूर्ण हैं, लेकिन तीनों में सबसे महत्वपूर्ण यह सुनिश्चित करना है कि दो पंक्तियों की लंबाई यथासंभव मेल खाती है। As a general rule of thumb, if the lengths of the cables differ from each other by no more than 50 mils (for high-speed USB), this significantly increases the risk of reflection, which may result in poor communication. 90 ओम मिलान प्रतिबाधा अंतर जोड़ी तारों के लिए एक सामान्य विनिर्देश है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, रूटिंग को चौड़ाई और रिक्ति में अनुकूलित किया जाना चाहिए।

चित्र 5 हाई-स्पीड USB इंटरफेस को वायर करने के लिए डिफरेंशियल पेयर का एक उदाहरण दिखाता है जिसमें 12 मिलिट्री अंतराल में 15 मील चौड़ी वायरिंग होती है।

मेमोरी-आधारित घटकों के लिए इंटरफेस जिनमें समानांतर इंटरफेस (जैसे DDR3-SDRAM) शामिल हैं, तार की लंबाई के मामले में अधिक सीमित होंगे। अधिकांश हाई-एंड पीसीबी डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर में लंबाई समायोजन क्षमताएं होंगी जो समानांतर बस में सभी प्रासंगिक संकेतों से मेल खाने के लिए लाइन की लंबाई को अनुकूलित करती हैं। चित्र 6 लंबाई समायोजन तारों के साथ DDR3 लेआउट का एक उदाहरण दिखाता है।

Traces and planes of ground filling

Some applications with noise-sensitive components, such as wireless chips or antennas, may require a little extra protection. एम्बेडेड ग्राउंड होल वाले वायरिंग और प्लेन को डिजाइन करने से आस-पास की वायरिंग या प्लेन पिकिंग और ऑफ-बोर्ड सिग्नल के युग्मन को कम करने में मदद मिल सकती है जो बोर्ड के किनारों में रेंगते हैं।

चित्रा 7 प्लेट के किनारे के पास रखे ब्लूटूथ मॉड्यूल का एक उदाहरण दिखाता है, इसके एंटीना (स्क्रीन मुद्रित “एएनटी” चिह्नों के माध्यम से) जमीन के गठन से जुड़े एम्बेडेड थ्रू-होल वाली मोटी रेखा के बाहर। यह एंटीना को अन्य ऑनबोर्ड सर्किट और विमानों से अलग करने में मदद करता है।

जमीन के माध्यम से रूटिंग की यह वैकल्पिक विधि (इस मामले में एक बहुभुज विमान) का उपयोग बोर्ड सर्किट को बाहरी ऑफ-बोर्ड वायरलेस सिग्नल से बचाने के लिए किया जा सकता है। चित्र 8 बोर्ड की परिधि के साथ एक ग्राउंडेड थ्रू-होल एम्बेडेड प्लेन के साथ एक शोर-संवेदनशील पीसीबी दिखाता है।

पीसीबी वायरिंग के लिए सर्वोत्तम अभ्यास

Many factors determine the wiring characteristics of the PCB field, so be sure to follow best practices when wiring your next PCB, and you’ll find a balance between PCB fab cost, circuit density, and overall performance.