Kas ir līnijas platums?

Sāksim ar pamatiem. Kas īsti ir izsekošanas platums? Kāpēc ir svarīgi norādīt noteiktu izsekošanas platumu? No nolūks PCB elektroinstalācija ir savienot jebkura veida elektrisko signālu (analogo, digitālo vai strāvas) no viena mezgla uz otru.

Mezgls var būt komponenta tapa, lielākas pēdas vai plaknes atzars vai tukšs spilventiņš vai pārbaudes punkts zondēšanai. Izsekošanas platumu parasti mēra milos vai tūkstošos collu. Standarta vadu platums parastajiem signāliem (bez īpašām prasībām) var būt vairāku collu garš 7–12 milimetru diapazonā, taču, nosakot vadu platumu un garumu, jāņem vērā daudzi faktori.

Lietojumprogramma parasti nosaka vadu platumu un elektroinstalācijas tipu PCB dizainā un kādā brīdī parasti līdzsvaro PCB ražošanas izmaksas, plates blīvumu/izmēru un veiktspēju. Ja plāksnei ir īpašas konstrukcijas prasības, piemēram, ātruma optimizācija, troksnis vai sakabes slāpēšana vai augsta strāva/spriegums, izsekošanas platums un veids var būt svarīgāki par tukšas PCB ražošanas izmaksu optimizāciju vai kopējo plates izmēru.

Specifikācijas attiecībā uz elektroinstalāciju PCB ražošanā

Parasti ar elektroinstalāciju saistītās specifikācijas sāk palielināt neapstrādātu PCBS ražošanas izmaksas.

Sakarā ar stingrākām PCB pielaidēm un augstākās klases aprīkojumu, kas nepieciešams PCBS ražošanai, pārbaudei vai testēšanai, izmaksas kļūst diezgan augstas:

L pēdas platums ir mazāks par 5 mil (0.005 collas)

L Atstarpes attālums ir mazāks par 5 mil

L Caur caurumiem, kuru diametrs ir mazāks par 8 mil

L pēdas biezums ir mazāks vai vienāds ar 1 unci (vienāds ar 1.4 miliem)

L Diferenciālais pāris un kontrolēts garums vai elektroinstalācijas pretestība

Augsta blīvuma konstrukcijām, kas apvieno PCB vietas aizņemšanu, piemēram, ļoti smalki izvietota BGA vai liela signālu skaita paralēlās kopnes, var būt nepieciešams līnijas platums 2.5 mili, kā arī īpaša veida caurumi ar diametru līdz 6 mil. kā ar lāzeru urbti caurumi. Un otrādi, dažiem lieljaudas modeļiem var būt nepieciešami ļoti lieli vadi vai plaknes, kas patērē veselus slāņus un ielej unces, kas ir biezākas par standarta. Lietojumos ar ierobežotu telpu var būt nepieciešamas ļoti plānas plāksnes, kas satur vairākus slāņus un ierobežotu vara liešanas biezumu-pusunci (0.7 mili).

Citos gadījumos, veidojot ātrgaitas sakarus no vienas perifērijas ierīces uz otru, var būt nepieciešama elektroinstalācija ar kontrolētu pretestību un noteiktu platumu un atstarpi starp otru, lai samazinātu atstarošanos un induktīvo savienojumu. Vai arī dizains var prasīt noteiktu garumu, lai tas atbilstu citiem kopnes atbilstošajiem signāliem. Augstsprieguma lietojumiem ir vajadzīgas noteiktas drošības funkcijas, piemēram, samazinot attālumu starp diviem atklātiem diferenciālajiem signāliem, lai novērstu loka parādīšanos. Neatkarīgi no īpašībām vai iezīmēm definīciju izsekošana ir svarīga, tāpēc izpētīsim dažādas lietojumprogrammas.

Dažādi vadu platumi un biezumi

PCBS parasti satur dažādus līniju platumus, jo tie ir atkarīgi no signāla prasībām (sk. 1. attēlu). Parādītās smalkākās pēdas ir paredzētas vispārējas nozīmes TTL (tranzistora-tranzistora loģikas) līmeņa signāliem, un tām nav īpašu prasību aizsardzībai pret augstu strāvu vai troksni.

Šie būs visizplatītākie elektroinstalācijas veidi uz tāfeles.

Biezāka elektroinstalācija ir optimizēta strāvas nestspējai, un to var izmantot perifērijas ierīcēm vai ar enerģiju saistītām funkcijām, kurām nepieciešama lielāka jauda, ​​piemēram, ventilatoriem, motoriem un regulārai jaudas pārnesei uz zemāka līmeņa komponentiem. Attēla augšējā kreisajā daļā pat redzams diferenciālais signāls (USB ātrgaitas), kas nosaka konkrētu atstarpi un platumu, lai izpildītu 90 imp pretestības prasības. 2. attēlā parādīta nedaudz blīvāka shēmas plate, kurai ir seši slāņi un kurai nepieciešama BGA (lodīšu režģa masīva) montāža, kurai nepieciešama smalkāka elektroinstalācija.

Kā aprēķināt PCB līnijas platumu?

Sāksim aprēķināt noteiktu trases platumu jaudas signālam, kas pārsūta strāvu no barošanas komponenta uz perifērijas ierīci. Šajā piemērā mēs aprēķināsim līdzstrāvas motora jaudas ceļa minimālo līnijas platumu. Jaudas ceļš sākas no drošinātāja, šķērso H tiltu (sastāvdaļu, ko izmanto, lai pārvaldītu jaudas pārvadei līdzstrāvas motora tinumos) un beidzas pie motora savienotāja. Vidējā nepārtrauktā maksimālā strāva, kas nepieciešama līdzstrāvas motoram, ir aptuveni 2 ampēri.

Tagad PCB elektroinstalācija darbojas kā rezistors, un jo garāka un šaurāka elektroinstalācija, jo lielāka pretestība tiek pievienota. Ja elektroinstalācija nav pareizi definēta, liela strāva var sabojāt vadus un/vai izraisīt ievērojamu motora sprieguma kritumu (kā rezultātā samazinās ātrums). NetC21_2, kas parādīts 3. attēlā, ir aptuveni 0.8 collas garš, un tam ir jānes maksimālā strāva 2 ampēri. Ja mēs pieņemam dažus vispārīgus apstākļus, piemēram, 1 unci vara ielešanas un istabas temperatūru normālas darbības laikā, mums ir jāaprēķina minimālais līnijas platums un paredzamais spiediena kritums šajā platumā.

Kā aprēķināt PCB elektroinstalācijas pretestību?

Izsekošanas apgabalam tiek izmantots šāds vienādojums:

Platība [Mils ²] = (pašreizējais [ampēri] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), kas atbilst IPC ārējā slāņa (vai augšējā / apakšējā) kritērijam, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Ņemiet vērā, ka vienīgais mainīgais, kas mums patiešām ir jāievieto, ir pašreizējais.

Izmantojot šo reģionu nākamajā vienādojumā, mēs iegūsim nepieciešamo platumu, kas mums norāda līnijas platumu, kas nepieciešams strāvas pārnešanai bez iespējamām problēmām:

Platums [Mils] = laukums [Mils ^ 2] / (biezums [oz] * 1.378 [mils / oz]), kur 1.378 ir saistīts ar standarta 1 unces liešanas biezumu.

Ievietojot iepriekšējā aprēķinā 2 ampērus strāvas, mēs iegūstam vismaz 30 milimetrus elektroinstalācijas.

Bet tas mums nepasaka, kāds būs sprieguma kritums. Tas ir vairāk iesaistīts, jo tam ir jāaprēķina stieples pretestība, ko var izdarīt saskaņā ar formulu, kas parādīta 4. attēlā.

Šajā formulā ρ = vara pretestība, α = vara temperatūras koeficients, T = pēdas biezums, W = pēdas platums, L = pēdas garums, T = temperatūra. Ja visas attiecīgās vērtības tiek ievietotas 0.8 collu garumā 30 milimetru platumā, mēs atklājam, ka elektroinstalācijas pretestība ir aptuveni 0.03? Un tas samazina spriegumu par aptuveni 26 mV, kas ir piemērots šim lietojumam. Ir noderīgi zināt, kas ietekmē šīs vērtības.

PCB kabeļu attālums un garums

Digitālajiem dizainiem ar ātrgaitas sakariem var būt nepieciešami īpaši attālumi un pielāgots garums, lai samazinātu šķērsrunas, sakabes un atstarošanas iespējas. Šim nolūkam dažas izplatītas lietojumprogrammas ir USB bāzes sērijas diferenciālie signāli un uz RAM balstītie paralēlie diferenciālie signāli. Parasti USB 2.0 būs nepieciešama diferenciāla maršrutēšana ar ātrumu 480 Mbit/s (USB ātrgaitas klase) vai augstāka. Daļēji tas ir tāpēc, ka ātrgaitas USB parasti darbojas ar daudz zemāku spriegumu un atšķirībām, tādējādi pietuvinot vispārējo signāla līmeni fona trokšņiem.

Maršrutējot ātrgaitas USB kabeļus, jāņem vērā trīs svarīgas lietas: stieples platums, vadu attālums un kabeļa garums.

Tas viss ir svarīgi, taču vissvarīgākais no šiem trim ir pārliecināties, ka abu līniju garums pēc iespējas atbilst. Parasti, ja kabeļu garumi atšķiras viens no otra ne vairāk kā par 50 miliem (ātrgaitas USB), tas ievērojami palielina atstarošanas risku, kā rezultātā var rasties slikta komunikācija. 90 omu atbilstošā pretestība ir vispārīga diferenciālo pāru vadu specifikācija. Lai sasniegtu šo mērķi, maršrutēšanai jābūt optimizētai platumā un atstarpēs.

5. attēlā parādīts diferenciālā pāra piemērs ātrgaitas USB saskarņu vadu savienošanai, kurā ir 12 miljonus plata elektroinstalācija ar 15 miljonu intervālu.

Saskarnes uz atmiņu balstītiem komponentiem, kas satur paralēlas saskarnes (piemēram, DDR3-SDRAM), vadu garuma ziņā būs vairāk ierobežotas. Lielākajai daļai augstākās klases PCB projektēšanas programmatūras ir garuma regulēšanas iespējas, kas optimizē līnijas garumu, lai tas atbilstu visiem atbilstošajiem signāliem paralēlajā kopnē. 6. attēlā parādīts DDR3 izkārtojuma piemērs ar garuma regulēšanas vadu.

Zemes iepildīšanas pēdas un plaknes

Dažām lietojumprogrammām ar troksni jutīgiem komponentiem, piemēram, bezvadu mikroshēmām vai antenām, var būt nepieciešama papildu aizsardzība. Elektroinstalācijas un lidmašīnu ar iebūvētiem zemes caurumiem projektēšana var ievērojami palīdzēt samazināt tuvumā esošo vadu savienošanu vai plaknes savākšanu un ārpus klāja esošos signālus, kas ielīst dēļa malās.

7. attēlā parādīts Bluetooth moduļa piemērs, kas novietots netālu no plāksnes malas ar antenu (izmantojot ekrānā iespiestu “ANT” marķējumu) ārpus biezas līnijas, kurā ir iebūvēti caurumi, kas savienoti ar zemes veidojumu. Tas palīdz izolēt antenu no citām borta shēmām un lidmašīnām.

Šo alternatīvo metodi maršrutēšanai pa zemi (šajā gadījumā daudzstūra plakni) var izmantot, lai aizsargātu plates shēmu no ārējiem bezvadu signāliem. 8. attēlā parādīts pret troksni jutīgs PCB ar iezemētu caurumu ar iezemētu plakni gar plāksnes perifēriju.

Labākā prakse PCB vadu savienošanai

Daudzi faktori nosaka PCB lauka elektroinstalācijas īpašības, tāpēc, vadot nākamo PCB, noteikti ievērojiet labāko praksi, un jūs atradīsiet līdzsvaru starp PCB fab izmaksām, ķēdes blīvumu un vispārējo veiktspēju.