Што е ширина на линијата?

Да започнеме со основите. Што точно е ширина на траги? Зошто е важно да се одреди специфична ширина на траги? Целта на ПХБ жици е да поврзете секаков вид електричен сигнал (аналоген, дигитален или напојувачки) од еден јазол до друг.

Јазол може да биде игла на компонента, гранка од поголема трага или рамнина, или празна подлога или тест точка за сондирање. Ширините на трагите обично се мерат во мил или илјадници инчи. Стандардните ширини на жици за обични сигнали (без посебни барања) може да бидат неколку инчи во должина во опсег од 7-12 мил, но треба да се земат предвид многу фактори при дефинирање на ширината и должината на жиците.

Апликацијата обично ја движи ширината на жиците и типот на жици во дизајнот на ПХБ и, во одреден момент, обично ги балансира трошоците за производство на ПХБ, густината/големината на таблата и перформансите. Ако таблата има специфични барања за дизајн, како што се оптимизација на брзината, бучава или сузбивање на спојката или висока струја/напон, ширината и видот на трагата може да бидат поважни од оптимизирањето на трошоците за производство на гола ПХБ или целокупната големина на таблата.

Спецификација во врска со жици во производството на ПХБ

Обично, следните спецификации поврзани со жици почнуваат да ги зголемуваат трошоците за производство на голи PCBS.

Поради построгите толеранции на ПХБ и врвната опрема потребна за производство, проверка или тестирање на PCBS, трошоците стануваат доста високи:

L Ширина на трага помала од 5 мил (0.005 инчи.)

L Проследете го растојанието помало од 5 мил

L Преку дупки со дијаметар помал од 8 мил

L Дебелина на траги помала или еднаква на 1 унца (еднаква на 1.4 мил)

L Диференцијален пар и контролирана должина или импеданса на жици

Дизајните со висока густина што комбинираат земање простор на ПХБ, како што се BGA со многу фино растојание или паралелни магистрали со голем број сигнали, може да бараат ширина на линијата од 2.5 мил, како и специјални типови на пропусти со дијаметар до 6 мил, како како ласерски дупчени микропропусни дупки. Спротивно на тоа, некои дизајни со голема моќност може да бараат многу големи жици или авиони, трошат цели слоеви и истураат унци што се подебели од стандардните. Во просторно ограничени апликации, може да бидат потребни многу тенки плочи што содржат неколку слоеви и ограничена дебелина на леење на бакар од половина унца (дебелина од 0.7 мил).

Во други случаи, дизајни за брза комуникација од една периферна до друга може да бараат жици со контролирана импеданса и специфични ширини и растојанија меѓу себе за да се минимизира рефлексијата и индуктивната спојка. Или дизајнот може да бара одредена должина за да одговара на другите релевантни сигнали во магистралата. Апликациите за висок напон бараат одредени безбедносни карактеристики, како што е минимизирање на растојанието помеѓу два изложени диференцијални сигнали за да се спречи лак. Без оглед на карактеристиките или карактеристиките, пронаоѓањето на дефинициите е важно, затоа да истражиме разни апликации.

Различни ширини и дебелини на жици

PCBS обично содржи различни ширини на линии, бидејќи тие зависат од барањата за сигнал (види слика 1). Прикажаните пофини траги се за сигнали за општа намена TTL (транзистор-транзистор логика) и немаат посебни барања за висока струја или заштита од бучава.

Ова ќе бидат најчестите типови на жици на таблата.

Подебелите жици се оптимизирани за тековниот носивост и може да се користат за периферни уреди или функции поврзани со моќност кои бараат поголема моќност, како што се вентилатори, мотори и редовен пренос на енергија на компоненти од пониско ниво. Горниот лев дел од сликата дури покажува диференцијален сигнал (USB со голема брзина) што дефинира одредено растојание и ширина за да ги исполни барањата за импеданса од 90 ω. На сликата 2 е прикажана малку погуста плоча која има шест слоја и бара склопување на BGA (низа со топка) што бара пофини жици.

Како да се пресмета ширината на ПХБ линијата?

Ајде да го пречекориме процесот на пресметување на одредена ширина на трага за сигнал за напојување што пренесува струја од компонента на моќност на периферен уред. Во овој пример, ќе ја пресметаме минималната ширина на линијата на патеката за напојување за DC мотор. Патеката за напојување започнува од осигурувачот, поминува преку H-мостот (компонентата што се користи за управување со пренос на енергија преку намотките на моторот DC) и завршува на конекторот на моторот. Просечната континуирана максимална струја што ја бара DC моторот е околу 2 ампери.

Сега, жици со ПХБ делува како отпорник, и колку е подолго и потесно ожичувањето, се додава поголем отпор. Ако жици не се дефинирани правилно, високата струја може да ги оштети жиците и/или да предизвика значителен пад на напонот во моторот (што резултира со намалена брзина). NetC21_2 прикажан на слика 3 е долг околу 0.8 инчи и треба да носи максимална струја од 2 ампери. Ако претпоставиме некои општи услови, како што се 1 унца истурање бакар и собна температура за време на нормалната работа, треба да ја пресметаме минималната ширина на линијата и очекуваниот пад на притисокот на таа ширина.

Како да се пресмета отпорноста на жици на ПХБ?

Следната равенка се користи за област на траги:

Површина [Mils ²] = (тековни [засилувачи] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), што го следи критериумот IPC надворешен слој (или горе / долу), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Забележете дека единствената променлива што навистина треба да ја внесеме е тековна.

Користењето на овој регион во следната равенка ќе ни ја даде потребната ширина што ни ја кажува ширината на линијата потребна за да ја пренесе струјата без потенцијални проблеми:

Ширина [Mils] = површина [Mils ^ 2] / (дебелина [oz] * 1.378 [mils / oz]), каде што 1.378 е поврзана со стандардната дебелина на истурање од 1 мл.

Со внесување на 2 ампери струја во горната пресметка, добиваме минимум 30 милиони жици.

Но, тоа не ни кажува каков ќе биде падот на напонот. Ова е повеќе вклучено бидејќи треба да се пресмета отпорот на жицата, што може да се направи според формулата прикажана на слика 4.

Во оваа формула, ρ = отпорност на бакар, α = температурен коефициент на бакар, T = дебелина на трага, W = ширина на трага, L = должина на трага, Т = температура. Ако сите релевантни вредности се вметнат во ширина од 0.8 “30mils, откриваме дека отпорот на жици е околу 0.03? И го намалува напонот за околу 26mV, што е добро за оваа апликација. Корисно е да се знае што влијае на овие вредности.

Растојание и должина на ПХБ кабелот

За дигитални дизајни со комуникација со голема брзина, може да се бара специфично растојание и прилагодена должина за да се минимизираат разговорите, спојувањето и рефлексијата. За таа цел, некои вообичаени апликации се сериски диференцијални сигнали базирани на USB и паралелни диференцијални сигнали базирани на RAM меморија. Обично, USB 2.0 ќе бара диференцијално рутирање со брзина од 480Mbit/s (класа USB со голема брзина) или повисока. Ова е делумно затоа што USB со голема брзина обично работи на многу помали напони и разлики, со што севкупното ниво на сигнал се приближува до бучавата во позадина.

Има три важни работи што треба да се земат предвид при рутирање на USB-кабли со голема брзина: ширина на жица, растојание помеѓу каблите и должина на кабелот.

Сите овие се важни, но најкритично од трите е да бидете сигурни дека должините на двете линии се совпаѓаат колку што е можно повеќе. Како општо правило, ако должината на каблите се разликува едни од други не повеќе од 50 мил (за USB со голема брзина), ова значително го зголемува ризикот од одраз, што може да резултира со слаба комуникација. Импеданса за совпаѓање од 90 оми е општа спецификација за жици на диференцијални парови. За да се постигне оваа цел, рутирањето треба да се оптимизира во ширина и растојание.

Слика 5 покажува пример за диференцијален пар за ожичување на USB-интерфејси со голема брзина што содржи жици со ширина од 12 мил во интервали од 15 мил.

Интерфејсите за компоненти базирани на меморија кои содржат паралелни интерфејси (како што е DDR3-SDRAM) ќе бидат поограничени во однос на должината на жицата. Повеќето високо квалитетни софтвери за дизајн на ПХБ ќе имаат способности за прилагодување на должината што ја оптимизираат должината на линијата за да одговара на сите релевантни сигнали во паралелната магистрала. Слика 6 покажува пример за распоред на DDR3 со жици за прилагодување на должината.

Траги и рамнини на полнење на земја

Некои апликации со компоненти чувствителни на бучава, како што се безжични чипови или антени, може да бараат малку дополнителна заштита. Дизајнирањето на жици и авиони со вградени дупки за заземјување во голема мера може да помогне да се минимизира спојувањето на жиците во близина или избирање авиони и сигнали надвор од таблата што се влечат по рабовите на таблата.

На слика 7 е прикажан пример на Bluetooth модул поставен во близина на работ на плочата, со неговата антена (преку екранот отпечатена ознака „ANT“) надвор од дебела линија која содржи вградени пропусти поврзани со формацијата на земјата. Ова помага да се изолира антената од другите вградени кола и рамнини.

Овој алтернативен метод за рутирање низ земјата (во овој случај полигонална рамнина) може да се користи за заштита на колото на таблата од надворешни безжични сигнали надвор од таблата. На сликата 8 е прикажан PCB осетлив на бучава со вградена рамнина вградена низ дупката долж периферијата на таблата.

Најдобри практики за ожичување на ПХБ

Многу фактори ги одредуваат карактеристиките на жици на полето на ПХБ, затоа не заборавајте да ги следите најдобрите практики при поврзување на следниот PCB и ќе најдете баланс помеѓу трошоците за плочи, густината на колото и вкупните перформанси.