What is line width?

Byrjum á grunnatriðunum. What exactly is trace width? Hvers vegna er mikilvægt að tilgreina tiltekna snefilbreidd? Tilgangurinn með PCB raflögn er að tengja hvers konar rafmerki (hliðstætt, stafrænt eða afl) frá einum hnút til annars.

Hnútur getur verið pinna íhlutar, útibú stærri snefils eða flatar, eða tómur púði eða prófunarpunktur til að rannsaka. 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. Ef stjórnin hefur sérstakar hönnunarkröfur, svo sem hámarkshraða, hávaða eða tengibúnað eða mikinn straum/spennu, getur breidd og gerð snefils verið mikilvægari en að hagræða framleiðslukostnaði við beran PCB eða heildarplötustærð.

Specification relating to wiring in PCB manufacturing

Venjulega byrja eftirfarandi forskriftir sem tengjast raflögn að auka kostnað við framleiðslu á berum PCBS.

Vegna strangari PCB þols og háþróaðs búnaðar sem þarf til framleiðslu, skoðunar eða prófana á PCBS, verður kostnaður nokkuð hár:

L Sniðbreidd innan við 5 mil (0.005 tommur)

L Trace spacing less than 5 mils

L Through holes less than 8 mil in diameter

L Rekjaþykkt minna en eða jöfn 1 eyri (jafn 1.4 mils)

L Differential pair and controlled length or wiring impedance

Hönnun með mikilli þéttleika sem sameinar PCB plássupptöku, svo sem mjög fínt bilað BGA eða samsíða rútur með mikilli merkjatölu, getur krafist 2.5 mílna breidd línu, auk sérstakra tegunda gegnumgata með allt að 6 mílna þvermál, svo sem eins og laserboraðar míkrógata-holur. Aftur á móti getur sum hönnun með miklum krafti krafist mjög stórra raflagna eða flugvéla, eyða heilum lögum og hella aura sem eru þykkari en venjulegur. 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.

Í öðrum tilvikum getur hönnun fyrir háhraða samskipti frá einu jaðartæki til annars krafist raflögn með stjórnaðri viðnám og sérstakrar breiddar og bils á milli til að lágmarka endurspeglun og inductive tengingu. Eða hönnunin getur krafist ákveðinnar lengdar til að passa við önnur viðeigandi merki í strætó. Háspennuforrit krefjast ákveðinna öryggiseiginleika, svo sem að lágmarka fjarlægð milli tveggja útsettra mismunamerkja til að koma í veg fyrir boga. Burtséð frá eiginleikum eða eiginleikum, þá er mikilvægt að rekja skilgreiningar, svo við skulum kanna ýmis forrit.

Various wiring widths and thicknesses

PCBS innihalda venjulega margvíslegar línubreiddir, þar sem þær eru háðar merkjakröfum (sjá mynd 1). Fínari ummerkin sem sýnd eru eru fyrir almennar TTL (transistor-transistor logic) stigmerki og hafa engar sérstakar kröfur um hástraum eða hávaðavörn.

Þetta verða algengustu raflagnir á borðinu.

Þykkari raflögn hefur verið fínstillt fyrir núverandi burðargetu og hægt er að nota þau fyrir jaðartæki eða rafmagnsskyldar aðgerðir sem krefjast meiri afls, svo sem viftur, mótorar og reglulegar aflgjafar í íhluti á lægra stigi. 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. Mynd 2 sýnir örlítið þéttari hringrásartöflu sem hefur sex lög og krefst BGA (kúlukerfis) samsetningar sem krefst fínari raflögn.

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. Í þessu dæmi munum við reikna út lágmarks línubreidd aflleiðarinnar fyrir DC mótor. Aflleiðin byrjar við öryggið, fer yfir H-brúna (íhluturinn sem notaður er til að stjórna aflgjafa yfir DC mótorhringina) og lýkur við tengi hreyfilsins. Meðal samfelldur hámarksstraumur sem krafist er af DC mótor er um 2 amper.

Nú virka PCB raflögn sem viðnám og því lengri og þrengri raflögn, þeim mun meiri mótstöðu er bætt við. 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. Ef við gerum ráð fyrir almennum aðstæðum, svo sem 1 eyri af koparhellu og stofuhita við venjulega notkun, þurfum við að reikna út lágmarkslínu breidd og væntanlegt þrýstingsfall við þá breidd.

Hvernig á að reikna út PCB raflögn viðnám?

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. Athugið að eina breytan sem við þurfum virkilega að setja inn er núverandi.

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:

Breidd [Mils] = flatarmál [Mils ^ 2] / (þykkt [oz] * 1.378 [mils / oz]), þar sem 1.378 tengist hefðbundinni 1 oz hellaþykkt.

Með því að setja 2 amper af straumi inn í ofangreindan útreikning fáum við að lágmarki 30 mils af raflögnum.

En það segir okkur ekki hvað spennufallið verður. 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.

Í þessari formúlu er ρ = viðnám kopars, α = hitastuðull kopar, T = snefilþykkt, W = snefilbreidd, L = snefilengd, T = hitastig. Ef öll viðeigandi gildi eru sett í 0.8 length lengd 30 mílna breidd, komumst við að því að raflögn viðnám er um 0.03? And it lowers the voltage by about 26mV, which is fine for this application. Það er gagnlegt að vita hvað hefur áhrif á þessi gildi.

PCB snúru bil og lengd

Fyrir stafræna hönnun með háhraða fjarskipti getur verið nauðsynlegt að hafa sérstakt bil og stillt lengd til að lágmarka yfirtal, tengingu og spegilmynd. Í þessum tilgangi eru sum algeng forrit USB-undirstaða raðgreinamerki og RAM-undirstaða samhliða mismunamerki. 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.

Allt er þetta mikilvægt, en það mikilvægasta af þeim þremur er að ganga úr skugga um að lengd línanna tveggja passi eins mikið og mögulegt er. 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 ohm samsvarandi viðnám er almenn forskrift fyrir raflögn með mismunadrifi. Til að ná þessu markmiði ætti leiðin að vera fínstillt í breidd og bili.

Mynd 5 sýnir dæmi um mismunapar fyrir raflögn háhraða USB tengi sem inniheldur 12 mil breiðar raflögn með 15 millibili.

Tengi fyrir íhluti sem byggja á minni og innihalda samhliða viðmót (eins og DDR3-SDRAM) verða þrengri hvað varðar lengd vírsins. Flestir háþróaðir PCB hönnunarhugbúnaður mun hafa lengdarstillingarmöguleika sem hámarka línulengdina til að passa við öll viðeigandi merki í samhliða strætó. Mynd 6 sýnir dæmi um DDR3 skipulag með lengdarstillingar raflögn.

Ummerki og flugvélar um jörðfyllingu

Sum forrit með hávaða-næmum íhlutum, svo sem þráðlausum flögum eða loftnetum, gætu þurft smá auka vernd. Að hanna raflögn og flugvélar með innfelldum götum geta mjög hjálpað til við að lágmarka tengingu nálægra raflagna eða flugvéla- og utanaðkomandi merki sem skríða inn í brúnir borðsins.

Mynd 7 sýnir dæmi um Bluetooth-einingu sem er staðsett nálægt brún plötunnar, með loftneti hennar (með skjáprentuðum „ANT“ merkingum) fyrir utan þykka línu sem inniheldur innbyggðar í gegnum göt sem tengjast jarðmynduninni. Þetta hjálpar til við að einangra loftnetið frá öðrum hringrásum og flugvélum um borð.

Þessa aðra aðferð til að beina í gegnum jörðina (í þessu tilfelli marghyrndu plani) er hægt að nota til að verja spjaldrásina fyrir utanaðkomandi þráðlausum merkjum utanborðs. Mynd 8 sýnir hávaða-næman PCB með jarðtengdri holu innfelldu plani með jaðri borðsins.

Góð vinnubrögð fyrir PCB raflögn

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.