מהו רוחב הקו?

נתחיל עם היסודות. מהו בעצם רוחב עקבות? מדוע חשוב לציין רוחב עקבות ספציפי? מטרת PCB חיווט הוא לחבר כל סוג של אות חשמלי (אנלוגי, דיגיטלי או כוח) מצומת אחד למשנהו.

צומת יכול להיות סיכה של רכיב, ענף של עקב או מישור גדול יותר, או כרית ריקה או נקודת בדיקה לחקר. רוחבי עקבות נמדדים בדרך כלל במילי או אלפי סנטימטרים. רוחבי החיווט הסטנדרטיים לאותות רגילים (ללא דרישות מיוחדות) עשויים להיות באורך של מספר סנטימטרים בטווח של 7-12 מיל, אך יש לקחת בחשבון גורמים רבים בעת הגדרת רוחב ואורך החיווט.

היישום בדרך כלל מניע את רוחב החיווט וסוג החיווט בעיצוב PCB ובשלב מסוים, בדרך כלל מאזן את עלות הייצור של הלוח, צפיפות הלוח/גודל והביצועים. אם ללוח דרישות עיצוב ספציפיות, כגון אופטימיזציה למהירות, רעש או דיכוי צימוד, או זרם/מתח גבוה, הרוחב וסוג העקבות עשויים להיות חשובים יותר מאופטימיזציה של עלות הייצור של לוח PCB חשוף או גודל הלוח הכולל.

מפרט הנוגע לחיווט בייצור PCB

בדרך כלל, המפרטים הבאים הקשורים לחיווט מתחילים להעלות את עלות הייצור של PCBS חשוף.

בשל סובלנות PCB מחמירה והציוד המתקדם הנדרש לייצור, בדיקה או בדיקה של PCBS, העלויות הופכות גבוהות למדי:

L רוחב עקבות פחות מ -5 מילי (0.005 אינץ ‘)

L מרווח עקבות פחות מ -5 מיל

L חורים בקוטר של פחות מ- 8 מיל

L עובי עקבות פחות או שווה לאונקיה אחת (שווה ל -1 מיל)

L זוג דיפרנציאלי ואורך מבוקר או עכבת חיווט

עיצובים בצפיפות גבוהה המשלבים לקיחת שטח PCB, כגון BGA מרווח מאוד דק או אוטובוסים מקבילים לאותות גבוהים, עשויים לדרוש רוחב קו של 2.5 מיל, כמו גם סוגים מיוחדים של חורי קוטר של עד 6 מיל, כגון כמו חורי מיקרו-קדוח בלייזר. לעומת זאת, כמה עיצובים בעלי הספק גבוה עשויים לדרוש חיווט או מטוסים גדולים מאוד, צריכת שכבות שלמות ויציקת אונקיות עבות מהרגיל. ביישומים מוגבלים בחלל, ייתכן שיהיה צורך בלוחות דקים מאוד המכילים מספר שכבות ובעובי יציקת נחושת מוגבל של חצי גרם (0.7 מ”מ עובי).

במקרים אחרים, עיצובים לתקשורת מהירה בין ציוד היקפי למשנהו עשויים לדרוש חיווט בעל עכבה מבוקרת ורוחבים ספציפיים ומרווח ביניהם כדי למזער את ההשתקפות והצימוד האינדוקטיבי. או שהעיצוב עשוי לדרוש אורך מסוים כדי להתאים לאותות רלוונטיים אחרים באוטובוס. יישומי מתח גבוה דורשים תכונות בטיחות מסוימות, כגון מזעור המרחק בין שני אותות דיפרנציאליים חשופים כדי למנוע קשת. ללא קשר למאפיינים או תכונות, מעקב אחר הגדרות הוא חשוב, אז בואו נחקור יישומים שונים.

רוחבי ועובי חיווט שונים

PCBS בדרך כלל מכילים מגוון רחב של קווי רוחב, מכיוון שהם תלויים בדרישות האות (ראה איור 1). העקבות הדקים יותר המוצגים מיועדים לאותות רמה TTL (טרנזיסטור-טרנזיסטור לוגיקה) למטרות כלליות ואין להם דרישות מיוחדות להגנה על זרם גבוה או רעש.

אלה יהיו סוגי החיווט הנפוצים ביותר בלוח.

חיווט עבה יותר עבר אופטימיזציה ליכולת הנשיאה הנוכחית וניתן להשתמש בו עבור ציוד היקפי או פונקציות הקשורות לחשמל הדורשות הספק גבוה יותר, כגון מאווררים, מנועים והעברות חשמל רגילות לרכיבים ברמה נמוכה יותר. החלק השמאלי העליון של הדמות אף מציג אות דיפרנציאלי (USB במהירות גבוהה) המגדיר מרווח ורוחב ספציפיים כדי לעמוד בדרישות העכבה של 90 ω. איור 2 מציג לוח מעגלים מעט צפוף יותר הכולל שש שכבות ודורש מכלול BGA (מערך רשת כדורים) הדורש חיווט עדין יותר.

כיצד לחשב את רוחב קו ה- PCB?

בואו נעבור את תהליך חישוב רוחב עקבות מסוים לאות כוח המעביר זרם מרכיב חשמל להתקן היקפי. בדוגמה זו, נחשב את רוחב הקו המינימלי של נתיב החשמל עבור מנוע DC. נתיב החשמל מתחיל בנתיך, חוצה את גשר ה- H (הרכיב המשמש לניהול העברת הספק על פיתולי מנוע DC), ומסתיים במחבר המנוע. הזרם המרבי הממוצע הרציף הנדרש על ידי מנוע DC הוא כ -2 אמפר.

כעת, חיווט PCB פועל כנגד, וככל שהחיווט ארוך וקצר יותר, כך מתווספת התנגדות רבה יותר. אם החיווט אינו מוגדר כהלכה, הזרם הגבוה עלול לפגוע בחיווט ו/או לגרום לירידת מתח משמעותית במנוע (וכתוצאה מכך מהירות מופחתת). אורכו של NetC21_2 המוצג באיור 3 הוא כ -0.8 אינץ ‘וצריך לשאת זרם מרבי של 2 אמפר. אם נניח כמה תנאים כלליים, כמו אונקיה אחת של שפיכת נחושת וטמפרטורת החדר במהלך פעולה רגילה, עלינו לחשב את רוחב הקו המינימלי ואת ירידת הלחץ הצפויה ברוחב זה.

כיצד לחשב את ההתנגדות לחיווט PCB?

המשוואה הבאה משמשת לאזור עקבות:

שטח [Mils ²] = (הנוכחי [אמפר] / (K * (טמפ ‘עלייה [° C]) ^ ב)) ^ (1 / C), העוקב אחר קריטריון השכבה החיצונית (או עליונה / תחתונה), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. שים לב שהמשתנה היחיד שאנו באמת צריכים להוסיף הוא הנוכחי.

שימוש באזור זה במשוואה הבאה ייתן לנו את הרוחב הדרוש שאומר לנו את רוחב הקו הדרוש לנשיאת הזרם ללא בעיות פוטנציאליות:

רוחב [Mils] = שטח [Mils ^ 2] / (עובי [oz] * 1.378 [mils / oz]), כאשר 1.378 קשור לעובי המזיגה הסטנדרטי של 1 עוז.

על ידי הכנסת 2 אמפר של זרם לחישוב לעיל, אנו מקבלים מינימום של 30 מיל של חיווט.

אבל זה לא אומר לנו מה תהיה ירידת המתח. זה מעורב יותר מכיוון שהוא צריך לחשב את ההתנגדות של החוט, שניתן לעשות זאת על פי הנוסחה המוצגת באיור 4.

בנוסחה זו, ρ = התנגדות נחושת, α = מקדם טמפרטורה של נחושת, T = עובי עקבות, W = רוחב עקבות, L = אורך עקבות, T = טמפרטורה. אם כל הערכים הרלוונטיים מוכנסים לאורך 0.8 אינץ ‘ברוחב 30 מיילים, נגלה שהתנגדות החיווט היא בערך 0.03? וזה מוריד את המתח בערך 26mV, וזה בסדר עבור יישום זה. מועיל לדעת מה משפיע על ערכים אלה.

מרווח ואורך כבל PCB

עבור עיצובים דיגיטליים עם תקשורת במהירות גבוהה, ייתכן שיהיה צורך במרווחים ספציפיים ואורכים מותאמים כדי למזער שיחות, צימוד והשתקפות. לשם כך, חלק מהיישומים הנפוצים הם אותות דיפרנציאל סדרתי מבוססי USB ואותות דיפרנציאל מקבילים המבוססים על זיכרון RAM. בדרך כלל, USB 2.0 ידרוש ניתוב דיפרנציאלי במהירות 480Mbit/s (USB במהירות גבוהה) ומעלה. הסיבה לכך היא שחלק מהירות USB פועלת בדרך כלל במתח והבדלים נמוכים בהרבה, ומקרבת את רמת האות הכוללת לרעשי רקע.

ישנם שלושה דברים חשובים שיש לקחת בחשבון בעת ​​ניתוב כבלי USB במהירות גבוהה: רוחב חוט, מרווח עופק ואורך כבלים.

כל אלה חשובים, אך הקריטי ביותר מבין השלושה הוא לוודא שאורכי שתי הקווים תואמים ככל האפשר. ככלל אצבע כללי, אם אורכי הכבלים נבדלים זה מזה בלא יותר מ -50 מייל (עבור USB במהירות גבוהה), הדבר מגדיל באופן משמעותי את הסיכון להשתקפות, מה שעלול לגרום לתקשורת לקויה. עכבת התאמה של 90 אוהם היא מפרט כללי לחיווט זוג דיפרנציאלי. כדי להשיג מטרה זו, יש לייעל את הניתוב ברוחב ובמרווח.

איור 5 מציג דוגמה לזוג דיפרנציאלי לחיווט ממשקי USB במהירות גבוהה המכיל חיווט ברוחב 12 מיל במרווחים של 15 מיל.

ממשקים לרכיבים מבוססי זיכרון המכילים ממשקים מקבילים (כגון DDR3-SDRAM) יהיו מוגבלים יותר מבחינת אורך החוט. לרוב תוכנות עיצוב PCB מתקדמות יהיו יכולות התאמת אורך המייעלות את אורך הקו כך שיתאים לכל האותות הרלוונטיים באוטובוס המקביל. איור 6 מציג דוגמה לפריסת DDR3 עם חיווט התאמת אורך.

עקבות ומישורים של מילוי טחון

יישומים מסוימים עם רכיבים רגישים לרעש, כגון שבבים אלחוטיים או אנטנות, עשויים לדרוש מעט הגנה נוספת. עיצוב חיווט ומטוסים עם חורי קרקע משובצים יכול לסייע מאוד למזער צימוד של חיווט או אותות קטיפת מטוסים וקרשים מחוץ ללוח הזוחלים אל שולי הלוח.

איור 7 מציג דוגמה של מודול בלוטות ‘הממוקם בסמוך לקצה הצלחת, עם האנטנה שלו (באמצעות סימון מודפס “ANT”) מחוץ לקו עבה המכיל חורי דרך מובנים המחוברים להיווצרות הקרקע. זה עוזר לבודד את האנטנה ממעגלים ומטוסים משולבים אחרים.

ניתן להשתמש בשיטה חלופית זו של ניתוב דרך הקרקע (במקרה זה מטוס מצולע) כדי להגן על מעגל הלוח מפני אותות אלחוטיים חיצוניים מחוץ ללוח. איור 8 מציג PCB רגיש לרעש עם מטוס מוטבע חור מקורקע לאורך הפריפריה של הלוח.

שיטות עבודה מומלצות לחיווט PCB

גורמים רבים קובעים את מאפייני החיווט של שדה ה- PCB, לכן הקפד לפעול לפי שיטות עבודה מומלצות בעת חיווט ה- PCB הבא שלך, ותמצא איזון בין עלות PCB מפוארת, צפיפות המעגלים והביצועים הכוללים.