Hva er linjebredde?

La oss starte med det grunnleggende. Hva er egentlig sporbredde? Hvorfor er det viktig å spesifisere en bestemt sporbredde? Hensikten med PCB ledninger er å koble enhver form for elektrisk signal (analogt, digitalt eller strøm) fra en node til en annen.

En node kan være en pinne på en komponent, en gren av et større spor eller plan, eller en tom pute eller testpunkt for sondering. Sporbredder måles vanligvis i mils eller tusenvis av tommer. Standard ledningsbredder for vanlige signaler (ingen spesielle krav) kan være flere centimeter lange i området 7-12 mil, men mange faktorer bør tas i betraktning når du definerer ledningsbredden og -lengden.

Søknaden driver vanligvis ledningsbredden og ledningstypen i PCB -design, og på et tidspunkt balanserer vanligvis PCB -produksjonskostnader, platetetthet/størrelse og ytelse. Hvis brettet har spesifikke designkrav, for eksempel hastighetsoptimalisering, støy eller koblingsundertrykkelse, eller høy strøm/spenning, kan bredden og typen sporing være viktigere enn å optimalisere produksjonskostnadene for en blank PCB eller den totale brettstørrelsen.

Spesifikasjon knyttet til ledninger i PCB -produksjon

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

Design med høy tetthet som kombinerer PCB-plassopptak, for eksempel BGA med veldig fint mellomrom eller parallelle busser med høyt signal, kan kreve en linjebredde på 2.5 mil, samt spesielle typer gjennomgående hull med diametre på opptil 6 mil, for eksempel som laserborede mikrohull. Motsatt kan noen design med høy effekt kreve veldig store ledninger eller fly, forbruke hele lag og helle gram som er tykkere enn standard. I plassbegrensede applikasjoner kan det være nødvendig med svært tynne plater som inneholder flere lag og en begrenset kobberstykkelse på en halv unse (0.7 mil tykkelse).

I andre tilfeller kan design for høyhastighets kommunikasjon fra en perifer enhet til en annen kreve ledninger med kontrollert impedans og spesifikke bredder og avstand mellom hverandre for å minimere refleksjon og induktiv kobling. Eller designet kan kreve en viss lengde for å matche andre relevante signaler i bussen. Høyspenningsprogrammer krever visse sikkerhetsfunksjoner, for eksempel å minimere avstanden mellom to eksponerte differensialsignaler for å forhindre lysbue. Uavhengig av egenskaper eller funksjoner, er sporing av definisjoner viktig, så la oss utforske forskjellige applikasjoner.

Ulike ledningsbredder og -tykkelser

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. De finere sporene som er vist, er for TTL-nivåer (transistor-transistor logic) for generelle formål og har ingen spesielle krav til høy strøm- eller støyvern.

Dette vil være de vanligste ledningstyper på brettet.

Tykkere ledninger er optimalisert for nåværende bæreevne og kan brukes til eksterne enheter eller strømrelaterte funksjoner som krever høyere effekt, for eksempel vifter, motorer og vanlige kraftoverføringer til komponenter på lavere nivå. Den øvre venstre delen av figuren viser til og med et differensialsignal (USB høyhastighet) som definerer en bestemt avstand og bredde for å oppfylle impedansbehovet på 90 ω. Figur 2 viser et litt tettere kretskort som har seks lag og krever en BGA -enhet (ball grid array) som krever finere ledninger.

Hvordan beregne PCB -linjebredde?

La oss gå gjennom prosessen med å beregne en viss sporbredde for et effektsignal som overfører strøm fra en strømkomponent til en perifer enhet. I dette eksemplet beregner vi minimum linjebredde på strømbanen for en likestrømsmotor. Kraftbanen starter ved sikringen, krysser H-broen (komponenten som brukes til å styre kraftoverføring over likestrømsmotorviklingene) og avsluttes ved kontakten på motoren. Gjennomsnittlig kontinuerlig maksimal strøm som kreves av en likestrømsmotor er omtrent 2 ampere.

Nå fungerer PCB -ledninger som en motstand, og jo lengre og smalere ledningene er, desto mer motstand legges til. Hvis ledninger ikke er definert riktig, kan den høye strømmen skade ledningene og/eller forårsake et betydelig spenningsfall til motoren (noe som resulterer i redusert turtall). Hvis vi antar noen generelle forhold, for eksempel 1 unse kobberhelling og romtemperatur under normal drift, må vi beregne minimum linjebredde og forventet trykkfall ved den bredden.

Avstand og lengde på PCB -kabel

For digitale design med høyhastighetskommunikasjon kan det være nødvendig med spesifikk avstand og justerte lengder for å minimere krysstale, kopling og refleksjon. For dette formålet er noen vanlige applikasjoner USB-baserte serielle differensialsignaler og RAM-baserte parallelle differensialsignaler. Vanligvis vil USB 2.0 kreve differensiell ruting på 480 Mbit/s (høyhastighetsklasse USB) eller høyere. Dette er delvis fordi høyhastighets USB vanligvis opererer med mye lavere spenninger og forskjeller, noe som bringer det generelle signalnivået nærmere bakgrunnsstøy.

Det er tre viktige ting å tenke på når du dirigerer høyhastighets USB-kabler: trådbredde, avstand mellom ledninger og kabellengde.

Alle disse er viktige, men den mest kritiske av de tre er å sørge for at lengdene på de to linjene stemmer så mye som mulig. 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 ohm matchende impedans er en generell spesifikasjon for differensialparledninger. For å nå dette målet, bør ruting optimaliseres i bredde og avstand.

Figur 5 viser et eksempel på et differensialpar for tilkobling av høyhastighets USB-grensesnitt som inneholder 12 mil brede ledninger i 15 mils intervaller.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. De fleste avanserte PCB-designprogramvare vil ha lengdejusteringsfunksjoner som optimaliserer linjelengden for å matche alle relevante signaler i parallellbussen. Figur 6 viser et eksempel på et DDR3 -oppsett med lengdejusteringskabler.

Spor og plan etter fylling av bakken

Noen applikasjoner med støyfølsomme komponenter, for eksempel trådløse brikker eller antenner, kan kreve litt ekstra beskyttelse. Å designe ledninger og fly med innebygde bakkehull kan i stor grad bidra til å minimere koblingen av ledninger i nærheten eller plukking og signal fra bordet som kryper inn i kantene på brettet.

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. Dette bidrar til å isolere antennen fra andre kretser og fly ombord.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Figur 8 viser et støyfølsomt PCB med et jordet gjennomgående hull innebygd plan langs periferien av brettet.

Beste praksis for PCB -ledninger

Mange faktorer bestemmer ledningsegenskapene til PCB -feltet, så sørg for å følge beste praksis når du kobler til din neste PCB, så finner du en balanse mellom PCB -kostnad, kretstetthet og generell ytelse.