Važnost širine linije PCB -a u dizajnu PCB -a

Kolika je širina linije?

Krenimo s osnovama. Što je zapravo širina traga? Zašto je važno navesti određenu širinu traga? Svrha PCB ožičenje je za povezivanje bilo koje vrste električnog signala (analognog, digitalnog ili napajanja) s jednog čvora na drugi.

Čvor može biti pin komponente, grana većeg traga ili ravnine ili prazna podloga ili ispitna točka za sondiranje. Širine tragova obično se mjere u miljima ili tisućama inča. Standardne širine ožičenja za obične signale (bez posebnih zahtjeva) mogu biti duljine nekoliko centimetara u rasponu od 7-12 milja, ali pri definiranju širine i duljine ožičenja treba uzeti u obzir mnoge čimbenike.

ipcb

Aplikacija obično pokreće širinu ožičenja i vrstu ožičenja u dizajnu PCB -a i, u nekom trenutku, obično uravnotežuje troškove proizvodnje PCB -a, gustoću/veličinu ploče i performanse. Ako ploča ima posebne zahtjeve za projektiranje, kao što su optimizacija brzine, potiskivanje šuma ili sprezanja ili velika struja/napon, širina i vrsta traga mogu biti važniji od optimiziranja troškova proizvodnje gole PCB -a ili ukupne veličine ploče.

Specifikacija koja se odnosi na ožičenje u proizvodnji PCB -a

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

Dizajni velike gustoće koji kombiniraju zauzimanje prostora na PCB-u, poput vrlo fino raspoređenih BGA ili paralelnih sabirnica s velikim brojem signala, mogu zahtijevati širinu linije od 2.5 mil, kao i posebne vrste prolaznih rupa promjera do 6 mil. kao laserski izbušene mikro-rupe. Nasuprot tome, neki projekti velike snage mogu zahtijevati vrlo velike ožičenje ili ravnine, trošeći čitave slojeve i ulijevajući unce koje su deblje od standardnih. U aplikacijama ograničenim prostorom mogu biti potrebne vrlo tanke ploče koje sadrže nekoliko slojeva i ograničenu debljinu lijevanja bakra od pola unce (debljine 0.7 milimetra).

U drugim slučajevima, projekti za brzu komunikaciju s jedne periferije na drugu mogu zahtijevati ožičenje s kontroliranom impedancijom i specifičnim širinama i razmakom jedan od drugog kako bi se smanjila refleksija i induktivna sprega. Ili dizajn može zahtijevati određenu duljinu kako bi odgovarao drugim relevantnim signalima u sabirnici. Visokonaponske aplikacije zahtijevaju određene sigurnosne značajke, poput minimiziranja udaljenosti između dva izložena diferencijalna signala kako bi se spriječilo stvaranje luka. Bez obzira na karakteristike ili značajke, praćenje definicija je važno, pa istražimo različite aplikacije.

Različite širine i debljine ožičenja

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Prikazani finiji tragovi odnose se na signale razine TTL (logika tranzistor-tranzistor) opće namjene i nemaju posebne zahtjeve za zaštitu od velike struje ili buke.

To će biti najčešće vrste ožičenja na ploči.

Deblje ožičenje optimizirano je za nosivost struje i može se koristiti za periferne uređaje ili funkcije povezane s napajanjem koje zahtijevaju veću snagu, poput ventilatora, motora i redovitog prijenosa snage na komponente niže razine. Gornji lijevi dio slike prikazuje čak i diferencijalni signal (USB velike brzine) koji definira određeni razmak i širinu kako bi se zadovoljili zahtjevi impedancije od 90 ω. Slika 2 prikazuje nešto gušću ploču koja ima šest slojeva i zahtijeva sklop BGA (kuglasta rešetka) koji zahtijeva finije ožičenje.

Kako izračunati širinu linije PCB -a?

Prođimo kroz proces izračunavanja određene širine traga za signal napajanja koji prenosi struju sa komponente napajanja na periferni uređaj. U ovom primjeru izračunat ćemo minimalnu širinu linije puta napajanja za istosmjerni motor. Put napajanja počinje od osigurača, prelazi preko H-mosta (komponenta koja se koristi za upravljanje prijenosom energije preko namota istosmjernog motora) i završava na konektoru motora. Prosječna kontinuirana maksimalna struja potrebna istosmjernom motoru iznosi oko 2 ampera.

Sada ožičenje PCB -a djeluje kao otpornik, a što je ožičenje duže i uže, dodaje se veći otpor. Ako ožičenje nije pravilno definirano, velika struja može oštetiti ožičenje i/ili uzrokovati značajan pad napona na motoru (što rezultira smanjenom brzinom). Pretpostavimo li neke opće uvjete, kao što je 1 unča izlijevanja bakra i sobna temperatura tijekom normalnog rada, moramo izračunati minimalnu širinu cjevovoda i očekivani pad tlaka na toj širini.

Razmak i duljina PCB kabela

Za digitalne dizajne s komunikacijama velike brzine mogu biti potrebni posebni razmaci i prilagođene duljine za smanjenje preslušavanja, povezivanja i refleksije. U tu svrhu, neke uobičajene aplikacije su serijski diferencijalni signali zasnovani na USB-u i paralelni diferencijalni signali zasnovani na RAM-u. Obično će USB 2.0 zahtijevati diferencijalno usmjeravanje na 480Mbit/s (USB klasa velike brzine) ili više. To je dijelom i zato što USB velike brzine obično radi na mnogo nižim naponima i razlikama, što ukupnu razinu signala približava pozadinskoj buci.

Tri su važne stvari koje treba uzeti u obzir pri usmjeravanju USB kabela velike brzine: širina žice, razmak kabela i duljina kabela.

Sve su to važne, ali najkritičnije od tri je osigurati da se duljine dviju linija podudaraju što je više moguće. 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. Podudarajuća impedancija od 90 ohma opća je specifikacija za ožičenje parova diferencijala. Da bi se postigao ovaj cilj, usmjeravanje treba optimizirati po širini i razmaku.

Slika 5 prikazuje primjer diferencijalnog para za ožičenje USB sučelja velike brzine koji sadrži ožičenje širine 12 mil u intervalima od 15 mil.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Većina vrhunskih softvera za projektiranje PCB-a imat će mogućnosti podešavanja duljine koje optimiziraju duljinu linije kako bi odgovarala svim relevantnim signalima u paralelnoj sabirnici. Slika 6 prikazuje primjer rasporeda DDR3 s ožičenjem za podešavanje duljine.

Tragovi i ravnine ispune tla

Neke aplikacije sa komponentama osjetljivim na buku, poput bežičnih čipova ili antena, mogu zahtijevati malo dodatne zaštite. Dizajniranje ožičenja i ravnina s ugrađenim rupama za uzemljenje može uvelike pomoći u smanjenju povezivanja obližnjih ožičenja ili signala za odabir ravnine i signala koji se uvlače u rubove ploče.

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. To pomaže u izolaciji antene od drugih sklopova i aviona.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Slika 8 prikazuje PCB osjetljiv na buku s uzemljenom ravninom ugrađenom kroz rupu duž periferije ploče.

Najbolje prakse za ožičenje PCB -a

Mnogi čimbenici određuju karakteristike ožičenja polja PCB -a, stoga svakako slijedite najbolje prakse prilikom ožičenja vašeg sljedećeg PCB -a i pronaći ćete ravnotežu između cijene tiskane ploče, gustoće kruga i ukupnih performansi.