線幅とは何ですか？

基本から始めましょう。 トレース幅とは正確には何ですか？ 特定のトレース幅を指定することが重要なのはなぜですか？ の目的 PCB 配線とは、あるノードから別のノードにあらゆる種類の電気信号（アナログ、デジタル、または電源）を接続することです。

ノードは、コンポーネントのピン、より大きなトレースまたは平面のブランチ、またはプロービング用の空のパッドまたはテストポイントにすることができます。 トレース幅は通常、ミルまたは数千インチで測定されます。 通常の信号の標準的な配線幅（特別な要件はありません）は、7〜12ミルの範囲で長さが数インチになる場合がありますが、配線の幅と長さを定義する際には多くの要素を考慮する必要があります。

このアプリケーションは通常、PCB設計の配線幅と配線タイプを決定し、ある時点で、通常、PCBの製造コスト、ボードの密度/サイズ、およびパフォーマンスのバランスを取ります。 ボードに速度の最適化、ノイズや結合の抑制、高電流/電圧などの特定の設計要件がある場合、裸のPCBの製造コストやボード全体のサイズを最適化するよりも、トレースの幅とタイプの方が重要な場合があります。

PCB製造における配線に関する仕様

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

非常に細かい間隔のBGAや信号数の多いパラレルバスなど、PCBスペースの使用を組み合わせた高密度設計では、2.5 milの線幅と、最大6milの直径の特殊なタイプの貫通穴が必要になる場合があります。レーザーで穴あけされたマイクロスルーホールとして。 逆に、一部の高出力設計では、非常に大きな配線または平面が必要になる場合があり、層全体を消費し、標準よりも厚いオンスを注ぎます。 スペースに制約のあるアプリケーションでは、複数の層を含む非常に薄いプレートと、0.7オンス（XNUMXミルの厚さ）の制限された銅鋳造の厚さが必要になる場合があります。

また、ある周辺機器から別の周辺機器への高速通信の設計では、反射と誘導結合を最小限に抑えるために、インピーダンスを制御し、特定の幅と間隔で配線する必要があります。 または、バス内の他の関連信号と一致させるために、設計に特定の長さが必要な場合があります。 高電圧アプリケーションには、アーク放電を防ぐためにXNUMXつの露出した差動信号間の距離を最小化するなど、特定の安全機能が必要です。 特性や機能に関係なく、トレース定義は重要なので、さまざまなアプリケーションを調べてみましょう。

さまざまな配線幅と太さ

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. 示されているより細かいトレースは、汎用TTL（トランジスタ-トランジスタロジック）レベル信号用であり、大電流またはノイズ保護に関する特別な要件はありません。

これらは、ボード上で最も一般的な配線タイプになります。

太い配線は、電流容量に合わせて最適化されており、ファン、モーター、低レベルのコンポーネントへの定期的な電力伝送など、より高い電力を必要とする周辺機器や電力関連の機能に使用できます。 図の左上部分には、90ωのインピーダンス要件を満たすために特定の間隔と幅を定義する差動信号（USB高速）も示されています。 図2は、XNUMX層で、より細い配線を必要とするBGA（ボールグリッドアレイ）アセンブリを必要とする、わずかに密度の高い回路基板を示しています。

PCB線幅の計算方法は？

電力コンポーネントから周辺機器に電流を転送する電力信号の特定のトレース幅を計算するプロセスをステップスルーしてみましょう。 この例では、DCモーターの電力経路の最小線幅を計算します。 電力経路はヒューズで始まり、Hブリッジ（DCモーター巻線間の動力伝達を管理するために使用されるコンポーネント）を通過し、モーターのコネクターで終わります。 DCモーターに必要な平均連続最大電流は約2アンペアです。

現在、PCB配線は抵抗として機能し、配線が長くて狭いほど、より多くの抵抗が追加されます。 配線が正しく定義されていないと、大電流によって配線が損傷したり、モーターの電圧が大幅に低下したりする可能性があります（結果として速度が低下します）。 通常の操作中に1オンスの銅を注ぐことや室温などの一般的な条件を想定する場合、最小線幅とその幅で予想される圧力降下を計算する必要があります。

PCBケーブルの間隔と長さ

高速通信を使用するデジタル設計では、クロストーク、結合、および反射を最小限に抑えるために、特定の間隔と調整された長さが必要になる場合があります。 この目的のために、いくつかの一般的なアプリケーションは、USBベースのシリアル差動信号とRAMベースのパラレル差動信号です。 通常、USB 2.0では、480Mbit / s（USB高速クラス）以上の差動ルーティングが必要です。 これは、高速USBが通常、はるかに低い電圧と差で動作し、全体的な信号レベルをバックグラウンドノイズに近づけるためです。

高速USBケーブルを配線する際に考慮すべき重要な点がXNUMXつあります。それは、ワイヤ幅、リード間隔、およびケーブル長です。

これらはすべて重要ですが、XNUMXつの中で最も重要なのは、XNUMX本の線の長さが可能な限り一致するようにすることです。 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. 90オームの整合インピーダンスは、差動ペア配線の一般的な仕様です。 この目標を達成するには、ルーティングの幅と間隔を最適化する必要があります。

図5は、12ミル間隔で15ミル幅の配線を含む高速USBインターフェースを配線するための差動ペアの例を示しています。

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. ほとんどのハイエンドPCB設計ソフトウェアには、パラレルバス内の関連するすべての信号に一致するようにライン長を最適化する長さ調整機能があります。 図6に、長さ調整配線を備えたDDR3レイアウトの例を示します。

地面の埋め立ての痕跡と平面

ワイヤレスチップやアンテナなど、ノイズに敏感なコンポーネントを使用する一部のアプリケーションでは、少し追加の保護が必要になる場合があります。 接地穴が埋め込まれた配線とプレーンを設計すると、ボードの端に這う近くの配線またはプレーンピッキングとオフボード信号の結合を最小限に抑えることができます。

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. これにより、アンテナを他のオンボード回路やプレーンから分離できます。

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. 図8は、ボードの周囲に沿って接地されたスルーホール埋め込みプレーンを備えたノイズに敏感なPCBを示しています。

PCB配線のベストプラクティス

PCBフィールドの配線特性は多くの要因によって決定されるため、次のPCBを配線するときは必ずベストプラクティスに従ってください。そうすれば、PCBファブのコスト、回路密度、および全体的なパフォーマンスのバランスを見つけることができます。