რა არის ხაზის სიგანე?

დავიწყოთ საფუძვლებიდან. კონკრეტულად რა არის კვალის სიგანე? რატომ არის მნიშვნელოვანი კონკრეტული კვალის სიგანის დაზუსტება? მიზანი PCB გაყვანილობა არის ნებისმიერი სახის ელექტრო სიგნალის (ანალოგური, ციფრული ან სიმძლავრის) დაკავშირება ერთი კვანძიდან მეორეზე.

კვანძი შეიძლება იყოს კომპონენტის პინი, უფრო დიდი კვალის ან სიბრტყის ფილიალი, ან ცარიელი ბალიში ან საცდელი წერტილი გამოსაცდელად. კვალის სიგანე ჩვეულებრივ იზომება მილში ან ათასობით ინჩში. ჩვეულებრივი სიგნალების გაყვანილობის სტანდარტული სიგანე (სპეციალური მოთხოვნების გარეშე) შეიძლება იყოს რამდენიმე ინჩის სიგრძე 7-12 მილიმეტრამდე დიაპაზონში, მაგრამ ბევრი ფაქტორი უნდა იქნას გათვალისწინებული გაყვანილობის სიგანისა და სიგრძის განსაზღვრისას.

პროგრამა, როგორც წესი, მართავს გაყვანილობის სიგანეს და გაყვანილობის ტიპს PCB დიზაინში და, რაღაც მომენტში, ჩვეულებრივ აბალანსებს PCB წარმოების ღირებულებას, დაფის სიმკვრივეს/ზომას და შესრულებას. თუ დაფას აქვს კონკრეტული დიზაინის მოთხოვნები, როგორიცაა სიჩქარის ოპტიმიზაცია, ხმაური ან შეერთების ჩახშობა, ან მაღალი დენი/ძაბვა, კვალის სიგანე და ტიპი შეიძლება იყოს უფრო მნიშვნელოვანი ვიდრე შიშველი PCB- ის წარმოების ღირებულების ოპტიმიზაცია ან დაფის საერთო ზომა.

PCB წარმოების გაყვანილობასთან დაკავშირებული სპეციფიკა

როგორც წესი, გაყვანილობასთან დაკავშირებული შემდეგი სპეციფიკაციები იწყებს შიშველი PCBS წარმოების ღირებულების ზრდას.

PCB– ის უფრო მკაცრი შემწყნარებლობისა და მაღალი დონის აღჭურვილობის გამო, რომელიც საჭიროა PCBS– ის წარმოების, შემოწმების ან ტესტირებისათვის, ხარჯები ხდება საკმაოდ მაღალი:

L კვალის სიგანე 5 მილიონზე ნაკლები (0.005 ინჩი)

L კვალი მანძილი 5 მილიონზე ნაკლები

L ხვრელების მეშვეობით 8 მილიმეტრზე ნაკლები დიამეტრის

L კვალი სისქე ნაკლებია ან ტოლია 1 უნცია (უდრის 1.4 მილიონს)

L დიფერენციალური წყვილი და კონტროლირებადი სიგრძე ან გაყვანილობის წინაღობა

მაღალი სიმკვრივის დიზაინები, რომლებიც აერთიანებს PCB სივრცეს, როგორიცაა ძალიან წვრილ მანძილზე BGA ან სიგნალის მაღალი რაოდენობის პარალელური ავტობუსები, შეიძლება მოითხოვოს ხაზის სიგანე 2.5 მილიონი, ასევე სპეციალური ტიპის გამჭოლი ხვრელები დიამეტრით 6 მილიონამდე, მაგ. როგორც ლაზერული გაბურღული მიკროღვრები. პირიქით, ზოგიერთი მაღალი სიმძლავრის დიზაინს შეიძლება დასჭირდეს ძალიან დიდი გაყვანილობა ან თვითმფრინავები, მოიხმარს მთელ ფენებს და ასხამს უნციას, რომელიც სტანდარტზე სქელია. სივრცეში შეზღუდული გამოყენებისას შეიძლება საჭირო გახდეს ძალიან თხელი ფირფიტები, რომელიც შეიცავს რამდენიმე ფენას და სპილენძის ჩამოსხმის შეზღუდულ სისქეს ნახევარი უნცია (0.7 მლ სისქე).

სხვა შემთხვევებში, ერთი პერიფერიულიდან მეორეზე მაღალსიჩქარიანი კომუნიკაციის დიზაინმა შეიძლება მოითხოვოს გაყვანილობა კონტროლირებადი წინაღობით და კონკრეტული სიგანეებით და ინტერვალით ერთმანეთთან, რათა შემცირდეს ასახვა და ინდუქციური შეერთება. ან დიზაინმა შეიძლება მოითხოვოს გარკვეული სიგრძე ავტობუსში სხვა შესაბამისი სიგნალების შესატყვისად. მაღალი ძაბვის პროგრამები მოითხოვს უსაფრთხოების გარკვეულ მახასიათებლებს, როგორიცაა მინიმუმამდე დაშორება ორ გამოვლენილ დიფერენციალურ სიგნალს შორის, რკალის თავიდან ასაცილებლად. მიუხედავად მახასიათებლებისა და მახასიათებლებისა, განმარტებების მოკვლევა მნიშვნელოვანია, ასე რომ, განვიხილოთ სხვადასხვა პროგრამები.

გაყვანილობის სხვადასხვა სიგანე და სისქე

PCBS, როგორც წესი, შეიცავს ხაზების სიგანეს, რადგან ისინი დამოკიდებულია სიგნალის მოთხოვნებზე (იხ. სურათი 1). ნაჩვენები დახვეწილი კვალი არის ზოგადი დანიშნულების TTL (ტრანზისტორი-ტრანზისტორი ლოგიკის) დონის სიგნალებისთვის და არ აქვს სპეციალური მოთხოვნები მაღალი დენის ან ხმაურის დაცვის მიმართ.

ეს იქნება გაყვანილობის ყველაზე გავრცელებული ტიპები დაფაზე.

სქელი გაყვანილობა ოპტიმიზირებულია მიმდინარე ტევადობისთვის და შეიძლება გამოყენებულ იქნას პერიფერიული მოწყობილობებისთვის ან ენერგიასთან დაკავშირებული ფუნქციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ უფრო მაღალ ენერგიას, როგორიცაა ვენტილატორები, ძრავები და ენერგიის რეგულარული გადაცემა ქვედა დონის კომპონენტებზე. ფიგურის ზედა მარცხენა ნაწილი კი აჩვენებს დიფერენციალურ სიგნალს (მაღალი სიჩქარით USB), რომელიც განსაზღვრავს კონკრეტულ ინტერვალსა და სიგანეს 90 ω წინააღმდეგობის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. სურათი 2 გვიჩვენებს ოდნავ უფრო მკვრივ მიკროსქემის დაფას, რომელსაც აქვს ექვსი ფენა და საჭიროებს BGA (ბურთის ქსელის მასივის) შეკრებას, რომელიც მოითხოვს დახვეწილ გაყვანილობას.

როგორ გამოვთვალოთ PCB ხაზის სიგანე?

მოდით გადავიდეთ ენერგიის სიგნალისთვის გარკვეული კვალის სიგანის გამოთვლის პროცესზე, რომელიც გადასცემს დენს ენერგიის კომპონენტიდან პერიფერიულ მოწყობილობაზე. ამ მაგალითში ჩვენ გამოვთვლით DC ძრავის სიმძლავრის გზის მინიმალურ სიგანეს. დენის ბილიკი იწყება დაუკრავენ, კვეთს H- ხიდს (კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება ძრავის გრაგნილების გასწვრივ ელექტროენერგიის გადაცემის მართვის მიზნით) და მთავრდება ძრავის კონექტორთან. საშუალო უწყვეტი მაქსიმალური დენი, რომელიც მოითხოვს DC ძრავას, არის დაახლოებით 2 ამპერი.

ახლა, PCB გაყვანილობა მოქმედებს როგორც რეზისტორი და რაც უფრო გრძელი და ვიწროა გაყვანილობა, მით მეტი წინააღმდეგობა ემატება. თუ გაყვანილობა არ არის განსაზღვრული სწორად, მაღალმა დენმა შეიძლება დააზიანოს გაყვანილობა და/ან გამოიწვიოს ძრავის ძაბვის მნიშვნელოვანი ვარდნა (რის შედეგადაც შემცირდება სიჩქარე). 21 -ში ნაჩვენები NetC2_3 არის დაახლოებით 0.8 ინჩი სიგრძის და უნდა ატაროს მაქსიმალური დენი 2 ამპერი. თუ ვივარაუდებთ ზოგად პირობებს, როგორიცაა 1 უნცია სპილენძის ჩამოსხმა და ოთახის ტემპერატურა ნორმალური მუშაობის დროს, ჩვენ უნდა გამოვთვალოთ ხაზის მინიმალური სიგანე და ამ სიგანეზე წნევის სავარაუდო ვარდნა.

როგორ გამოვთვალოთ PCB გაყვანილობის წინააღმდეგობა?

შემდეგი განტოლება გამოიყენება კვალის არეალისთვის:

ფართობი [Mils ²] = (მიმდინარე [ამპერები] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ ბ)) ^ (1 / C), რომელიც ემყარება IPC გარე ფენის (ან ზედა / ქვედა) კრიტერიუმს, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. გაითვალისწინეთ, რომ ერთადერთი ცვლადი, რომლის ჩასმა ნამდვილად გვჭირდება არის მიმდინარე.

ამ რეგიონის გამოყენება შემდეგ განტოლებაში მოგვცემს საჭირო სიგანეს, რომელიც გვეუბნება ხაზის სიგანეს, რომელიც საჭიროა მიმდინარეობის გადასატანად ყოველგვარი პოტენციური პრობლემის გარეშე:

სიგანე [Mils] = ფართობი [Mils ^ 2] / (სისქე [oz] * 1.378 [mils / oz]), სადაც 1.378 დაკავშირებულია სტანდარტული 1 oz ჩამოსხმის სისქესთან.

ზემოაღნიშნულ გაანგარიშებაში 2 ამპერი დენის ჩასმისას ვიღებთ გაყვანილობის მინიმუმ 30 მილიონს.

მაგრამ ეს არ გვეუბნება რა იქნება ძაბვის ვარდნა. ეს უფრო მეტად არის ჩართული, რადგან მას სჭირდება მავთულის წინააღმდეგობის გამოთვლა, რაც შეიძლება გაკეთდეს ფიგურა 4 -ში ნაჩვენები ფორმულის მიხედვით.

ამ ფორმულაში ρ = სპილენძის წინააღმდეგობა, α = სპილენძის ტემპერატურის კოეფიციენტი, T = კვალის სისქე, W = კვალის სიგანე, L = კვალის სიგრძე, T = ტემპერატურა. თუ ყველა შესაბამისი მნიშვნელობა ჩადებულია 0.8 ”სიგრძეში 30 mils სიგანე, ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ გაყვანილობის წინააღმდეგობა არის დაახლოებით 0.03? და ამცირებს ძაბვას დაახლოებით 26 მვ -ით, რაც კარგია ამ პროგრამისთვის. სასარგებლოა იმის ცოდნა, თუ რა გავლენას ახდენს ამ ღირებულებებზე.

PCB კაბელის ინტერვალი და სიგრძე

მაღალსიჩქარიანი კომუნიკაციის მქონე ციფრული დიზაინისთვის შეიძლება საჭირო იყოს კონკრეტული ინტერვალი და მორგებული სიგრძე, რათა შემცირდეს ჯვარედინი შეხამება, დაწყვილება და ასახვა. ამ მიზნით, ზოგიერთი გავრცელებული პროგრამაა USB დაფუძნებული სერიული დიფერენციალური სიგნალები და RAM დაფუძნებული პარალელური დიფერენციალური სიგნალები. როგორც წესი, USB 2.0 მოითხოვს დიფერენციალურ მარშრუტს 480Mbit/s (USB მაღალი სიჩქარის კლასი) ან უფრო მაღალი სიჩქარით. ეს ნაწილობრივ განპირობებულია იმით, რომ მაღალსიჩქარიანი USB, როგორც წესი, მუშაობს გაცილებით დაბალ ძაბვებზე და განსხვავებებზე, რაც სიგნალის საერთო დონეს უახლოვდება ფონურ ხმაურს.

სამი მნიშვნელოვანი რამ უნდა გავითვალისწინოთ მაღალსიჩქარიანი USB კაბელების მარშრუტიზაციისას: მავთულის სიგანე, ტყვიის ინტერვალი და კაბელის სიგრძე.

ეს ყველაფერი მნიშვნელოვანია, მაგრამ სამიდან ყველაზე კრიტიკულია იმაში დარწმუნება, რომ ორი ხაზის სიგრძე მაქსიმალურად ემთხვევა. როგორც ზოგადი წესი, თუ კაბელების სიგრძე ერთმანეთისაგან განსხვავდება არაუმეტეს 50 მილიონისა (მაღალი სიჩქარის USB– ისთვის), ეს მნიშვნელოვნად ზრდის ასახვის რისკს, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ცუდი კომუნიკაცია. 90 ohm შესატყვისი წინაღობა არის დიფერენციალური წყვილის გაყვანილობის ზოგადი სპეციფიკა. ამ მიზნის მისაღწევად, მარშრუტიზაცია უნდა იყოს ოპტიმიზირებული სიგანეში და ინტერვალში.

სურათი 5 გვიჩვენებს დიფერენციალური წყვილის მაგალითს მაღალსიჩქარიანი USB ინტერფეისების გაყვანილობისთვის, რომელიც შეიცავს 12 მლნ სიგანის გაყვანილობას 15 მლნ ინტერვალით.

მეხსიერებაზე დაფუძნებული კომპონენტების ინტერფეისები, რომლებიც შეიცავს პარალელურ ინტერფეისებს (როგორიცაა DDR3-SDRAM) უფრო შეზღუდული იქნება მავთულის სიგრძის თვალსაზრისით. ყველაზე მაღალი დონის PCB დიზაინის პროგრამულ უზრუნველყოფას ექნება სიგრძის რეგულირების შესაძლებლობა, რომელიც ოპტიმიზირებს ხაზის სიგრძეს, რათა შეესაბამებოდეს პარალელურ ავტობუსში არსებულ ყველა შესაბამის სიგნალს. სურათი 6 გვიჩვენებს DDR3 განლაგების მაგალითს სიგრძის კორექტირების გაყვანილობით.

მიწის შევსების კვალი და თვითმფრინავები

ხმაურისადმი მგრძნობიარე კომპონენტების მქონე ზოგიერთ პროგრამას, როგორიცაა უკაბელო ჩიპები ან ანტენები, შეიძლება მოითხოვოს დამატებითი დაცვა. მავთულხლართებისა და თვითმფრინავების დაპროექტება ჩამონტაჟებული მიწის ხვრელებით შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ახლომდებარე გაყვანილობის შეერთება ან თვითმფრინავის ამოღება და სიგნალები, რომლებიც ბორდის კიდეებზე შემოდის.

ფიგურა 7 გვიჩვენებს Bluetooth მოდულის მაგალითს, რომელიც მოთავსებულია ფირფიტის პირას, მისი ანტენა (ეკრანზე დაბეჭდილი “ANT” ნიშნები) სქელი ხაზის მიღმა, რომელიც შეიცავს ჩაღრმავებულ ხვრელებს, რომლებიც დაკავშირებულია გრუნტის წარმოქმნასთან. ეს ხელს უწყობს ანტენის იზოლირებას სხვა საბორტო სქემებიდან და თვითმფრინავებიდან.

მიწიდან მარშრუტის ეს ალტერნატიული მეთოდი (ამ შემთხვევაში პოლიგონური სიბრტყე) შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაფის მიკროსქემის გარე უკაბელო სიგნალებისგან დასაცავად. ფიგურა 8 გვიჩვენებს ხმაურისადმი მგრძნობიარე PCB დაფის პერიფერიის გასწვრივ დასაბუთებული ხვრელით ჩასმული სიბრტყით.

საუკეთესო პრაქტიკა PCB გაყვანილობისთვის

ბევრი ფაქტორი განსაზღვრავს PCB ველის გაყვანილობის მახასიათებლებს, ასე რომ დარწმუნდით, რომ დაიცავით საუკეთესო პრაქტიკა თქვენი შემდეგი PCB- ის გაყვანილობისას და ნახავთ ბალანსს PCB- ის ფასის, მიკროსქემის სიმკვრივისა და საერთო შესრულებას შორის.