Mi a vonal szélessége?

Kezdjük az alapokkal. Mi pontosan a nyomszélesség? Miért fontos megadni egy meghatározott nyomkövetési szélességet? A cél a PCB A kábelezés bármilyen elektromos jel (analóg, digitális vagy tápellátás) csatlakoztatását jelenti egyik csomópontról a másikra.

A csomópont lehet egy komponens csapja, egy nagyobb nyom vagy ág síkja, vagy üres párna vagy tesztpont a szondázáshoz. A nyomszélességeket általában millokban vagy ezer hüvelykben mérik. A szokásos huzalozási szélességek a szokásos jelekhez (nincsenek speciális követelmények) több hüvelyk hosszúak lehetnek a 7-12 mil-es tartományban, de a vezetékek szélességének és hosszának meghatározásakor sok tényezőt kell figyelembe venni.

Az alkalmazás általában a huzalozás szélességét és a vezetéktípust vezérli a NYÁK -tervezésben, és valamikor általában kiegyensúlyozza a NYÁK -gyártási költségeket, a tábla sűrűségét/méretét és teljesítményét. Ha a tábla egyedi tervezési követelményeket támaszt, mint például a sebesség optimalizálása, a zaj vagy a tengelykapcsoló elnyomása, vagy nagy áram/feszültség, a nyomvonal szélessége és típusa fontosabb lehet, mint a csupasz NYÁK gyártási költségeinek vagy a teljes tábla méretének optimalizálása.

A NYÁK -gyártás vezetékezésére vonatkozó előírások

Általában a kábelezéssel kapcsolatos alábbi specifikációk kezdik növelni a csupasz PCBS gyártásának költségeit.

A szigorúbb PCB-tűrések és a PCBS gyártásához, ellenőrzéséhez vagy teszteléséhez szükséges csúcskategóriás berendezések miatt a költségek meglehetősen magasak:

L Nyomkövetési szélesség kevesebb, mint 5 mil (0.005 hüvelyk)

L Nyomkövetési távolság kevesebb, mint 5 mil

L 8 mm -nél kisebb átmérőjű lyukakon

L Nyomnyom vastagsága kisebb, mint 1 uncia (1.4 mils)

L Differenciálpár és szabályozott hosszúságú vagy vezetékes impedancia

A nagy sűrűségű konstrukciók, amelyek kombinálják a NYÁK-helyet, például a nagyon finoman elosztott BGA vagy a nagy jelszámú párhuzamos buszok, 2.5 milliméteres vonalszélességet igényelhetnek, valamint speciális típusú, legfeljebb 6 milliméteres átmérőjű lyukakat, például mint lézerrel fúrt mikrolyukak. Ezzel szemben néhány nagy teljesítményű kivitel nagyon nagy huzalozást vagy síkokat igényelhet, amelyek teljes rétegeket fogyasztanak és unciákat öntenek, amelyek vastagabbak a szabványnál. Helyszűkebb alkalmazásokban nagyon vékony lemezekre lehet szükség, amelyek több réteget tartalmaznak, és korlátozott rézöntési vastagságot, fél unciát (0.7 mil vastagság).

Más esetekben az egyik perifériáról a másikra történő nagy sebességű kommunikáció kialakítása megkövetelheti a szabályozott impedanciájú és meghatározott szélességű huzalozást, valamint az egymás közötti távolságot a visszaverődés és az induktív csatolás minimalizálása érdekében. Vagy a kialakítás megkövetelhet egy bizonyos hosszúságot, hogy illeszkedjen a busz többi releváns jeléhez. A nagyfeszültségű alkalmazások bizonyos biztonsági funkciókat igényelnek, például a két kitett differenciáljel közötti távolság minimalizálását, hogy megakadályozzák az ívelést. A jellemzőktől vagy jellemzőktől függetlenül fontos a definíciók nyomon követése, ezért vizsgáljuk meg a különböző alkalmazásokat.

Különféle vezetékek szélessége és vastagsága

A PCBS általában különböző vonalszélességeket tartalmaz, mivel azok a jeligénytől függenek (lásd 1. ábra). A bemutatott finomabb nyomvonalak általános célú TTL (tranzisztor-tranzisztor logika) szintű jelekre vonatkoznak, és nem igényelnek különleges követelményeket a nagy áram- vagy zajvédelemre.

Ezek lesznek a legelterjedtebb kábelezési típusok a táblán.

A vastagabb huzalozást az áramterhelésre optimalizálták, és perifériákhoz vagy nagyobb energiát igénylő funkciókhoz használhatók, például ventilátorokhoz, motorokhoz és rendszeres erőátvitelhez alacsonyabb szintű alkatrészekhez. Az ábra bal felső része még egy differenciális jelet is mutat (nagysebességű USB), amely meghatározott távolságot és szélességet határoz meg, hogy megfeleljen a 90 ω impedancia követelményeknek. A 2. ábra egy kissé sűrűbb áramköri lapot mutat, amely hat rétegből áll, és BGA (ball rács tömb) szerelést igényel, amely finomabb huzalozást igényel.

Hogyan lehet kiszámítani a PCB vonal szélességét?

Lépjünk át egy bizonyos nyomkövetési szélesség kiszámításának folyamatán egy teljesítményjelhez, amely áramot szállít egy tápegységről egy perifériás eszközre. Ebben a példában kiszámítjuk az egyenáramú motor teljesítményútjának minimális vonalszélességét. A teljesítményút a biztosítéknál kezdődik, keresztezi a H-hidat (az egyenáramú motor tekercseken keresztüli erőátvitel kezelésére szolgáló alkatrész), és a motor csatlakozóján ér véget. Az egyenáramú motor átlagos folyamatos maximális árama körülbelül 2 amper.

Most a NYÁK -huzalozás ellenállóként működik, és minél hosszabb és keskenyebb a huzalozás, annál több ellenállás jön létre. Ha a kábelezést nem megfelelően határozták meg, a nagy áram károsíthatja a vezetékeket és/vagy jelentős feszültségcsökkenést okozhat a motorban (csökkent fordulatszámhoz vezethet). A 21. ábrán látható NetC2_3 körülbelül 0.8 hüvelyk hosszú, és legfeljebb 2 amper áramot kell hordoznia. Ha feltételezünk néhány általános feltételt, például 1 uncia rézöntést és szobahőmérsékletet normál működés közben, akkor ki kell számolnunk a minimális vezetékszélességet és a várható nyomásesést ezen a szélességen.

Hogyan kell kiszámítani a NYÁK vezetékek ellenállását?

A nyomkövetési területhez a következő egyenletet kell használni:

Terület [Mils ²] = (jelenlegi [Amp] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), amely az IPC külső rétegének (vagy felső / alsó) kritériumát követi, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Ne feledje, hogy az egyetlen változó, amelyet valóban be kell illesztenünk, az aktuális.

Ha ezt a régiót használja a következő egyenletben, akkor megkapja a szükséges szélességet, amely megmondja, hogy milyen vonalszélesség szükséges az áram szállításához minden lehetséges probléma nélkül:

Szélesség [Mils] = terület [Mils ^ 2] / (vastagság [oz] * 1.378 [mils / oz]), ahol 1.378 a szabványos 1 oz öntési vastagsághoz kapcsolódik.

Ha a fenti számításba 2 amper áramot illesztünk, akkor legalább 30 milliméteres vezetékeket kapunk.

De ez nem mondja meg, hogy mi lesz a feszültségcsökkenés. Ez nagyobb szerepet játszik, mert ki kell számítani a huzal ellenállását, amelyet a 4. ábrán látható képlet szerint lehet elvégezni.

Ebben a képletben ρ = a réz ellenállása, α = a réz hőmérsékleti együtthatója, T = nyomvastagság, W = nyomszélesség, L = nyomvonalhossz, T = hőmérséklet. Ha minden lényeges értéket beillesztünk egy 0.8 “hosszúságú, 30 milliméteres szélességbe, akkor azt találjuk, hogy a vezetékek ellenállása körülbelül 0.03? És körülbelül 26 mV -kal csökkenti a feszültséget, ami megfelel ennek az alkalmazásnak. Hasznos tudni, hogy mi befolyásolja ezeket az értékeket.

NYÁK -kábelek távolsága és hossza

A nagysebességű kommunikációval rendelkező digitális tervek esetében meghatározott távolságra és beállított hosszúságokra lehet szükség az áthallás, a csatolás és a visszaverődés minimalizálása érdekében. Ebből a célból néhány gyakori alkalmazás az USB-alapú soros differenciális jelek és a RAM-alapú párhuzamos differenciáljelek. Az USB 2.0 általában 480 Mbit/s (USB nagysebességű osztály) vagy magasabb sebességű differenciálirányítást igényel. Ennek részben az az oka, hogy a nagy sebességű USB jellemzően sokkal alacsonyabb feszültségeken és különbségeken működik, így a teljes jelszint közelebb kerül a háttérzajhoz.

Három fontos dolgot kell figyelembe venni a nagysebességű USB-kábelek vezetésekor: a vezeték szélessége, a vezetékek közötti távolság és a kábelhossz.

Mindezek fontosak, de a három közül a legkritikusabb az, hogy a két vonal hossza a lehető legnagyobb mértékben megegyezzen. Általános szabály, hogy ha a kábelek hossza nem különbözik egymástól legfeljebb 50 mil (nagysebességű USB esetén), ez jelentősen növeli a visszaverődés kockázatát, ami rossz kommunikációt eredményezhet. A 90 ohmos illesztési impedancia a differenciálpáros vezetékek általános specifikációja. E cél elérése érdekében az irányítást optimalizálni kell szélességben és távolságban.

Az 5. ábra egy példát mutat a differenciálpárra nagysebességű USB-interfészek bekötéséhez, amely 12 mil széles vezetéket tartalmaz 15 mil-os intervallumokban.

A párhuzamos interfészeket (például DDR3-SDRAM) tartalmazó memóriaalapú komponensek interfészei korlátozottabbak lesznek a vezetékhossz tekintetében. A legtöbb csúcskategóriás NYÁK-tervező szoftver rendelkezik olyan hosszbeállítási lehetőségekkel, amelyek optimalizálják a vonalhosszat, hogy megfeleljen a párhuzamos busz összes releváns jelének. A 6. ábra egy példát mutat a DDR3 elrendezésre hosszbeállító huzalozással.

Talajkitöltés nyomai és síkjai

A zajérzékeny alkatrészeket tartalmazó alkalmazások, például a vezeték nélküli chipek vagy antennák, némi extra védelmet igényelhetnek. A kábelezés és a beágyazott talajlyukakkal rendelkező síkok tervezése nagymértékben segíthet minimalizálni a közeli vezetékek vagy síkfelszedés, valamint a tábla széleibe mászó jelek csatolását.

A 7. ábra egy példát mutat a Bluetooth modulra, amely a lemez széle közelében van elhelyezve, antennájával (szitanyomott „ANT” jelöléseken keresztül) egy vastag vonalon kívül, amely beágyazott átmenő lyukakat tartalmaz a talajhoz. Ez segít elkülöníteni az antennát a többi fedélzeti áramkörtől és síktól.

Ez az alternatív módszer a földön (ebben az esetben egy sokszögű sík) való átvezetéshez használható a kártya áramkörének védelmére a külső, vezeték nélküli vezeték nélküli jelektől. A 8. ábra egy zajérzékeny NYÁK-ot mutat, földelt, átmenő lyukba ágyazott síkkal a tábla kerülete mentén.

Bevált gyakorlatok a NYÁK -huzalozáshoz

Számos tényező határozza meg a NYÁK -mező kábelezési jellemzőit, ezért feltétlenül kövesse a legjobb gyakorlatokat a következő NYÁK bekötésekor, és megtalálja az egyensúlyt a NYÁK -gyártási költségek, az áramkör sűrűsége és az általános teljesítmény között.