site logo

Важность ширины линии печатной платы в дизайне печатной платы

Какая ширина линии?

Давайте начнем с основ. Что такое ширина следа? Почему важно указывать конкретную ширину следа? Цель печатная плата проводка предназначена для подключения любого вида электрического сигнала (аналогового, цифрового или силового) от одного узла к другому.

Узел может быть штифтом компонента, ветвью более крупной трассы или плоскости, или пустой контактной площадкой или контрольной точкой для зондирования. Ширина дорожек обычно измеряется в милах или тысячах дюймов. Стандартная ширина проводки для обычных сигналов (без особых требований) может составлять несколько дюймов в диапазоне 7–12 мил, но при определении ширины и длины проводки следует учитывать множество факторов.

ipcb

Приложение обычно определяет ширину разводки и тип разводки при проектировании печатной платы и в какой-то момент обычно уравновешивает стоимость производства печатной платы, плотность / размер платы и производительность. Если к плате предъявляются особые требования к конструкции, такие как оптимизация скорости, подавление шума или связи, или высокий ток / напряжение, ширина и тип дорожки могут быть более важными, чем оптимизация стоимости производства печатной платы без покрытия или общего размера платы.

Спецификация, относящаяся к электромонтажу при производстве печатных плат

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

Конструкции с высокой плотностью размещения, сочетающие занимаемое пространство на печатной плате, такие как BGA с очень мелким разнесением или параллельные шины с большим количеством сигналов, могут потребовать ширины линии 2.5 мил, а также специальных типов сквозных отверстий диаметром до 6 мил, например как просверленные лазером микропроходные отверстия. И наоборот, для некоторых мощных конструкций может потребоваться очень большая проводка или плоскости, потребляющие целые слои и наливающие унции, которые толще стандартных. В приложениях с ограниченным пространством могут потребоваться очень тонкие пластины, содержащие несколько слоев, и ограниченная толщина медной отливки в пол унции (толщина 0.7 мил).

В других случаях конструкции для высокоскоростной связи от одного периферийного устройства к другому могут потребовать проводки с контролируемым импедансом и определенной шириной и расстоянием между собой, чтобы минимизировать отражение и индуктивную связь. Или конструкция может потребовать определенной длины для согласования с другими соответствующими сигналами в шине. Приложения с высоким напряжением требуют определенных функций безопасности, таких как минимизация расстояния между двумя открытыми дифференциальными сигналами для предотвращения образования дуги. Независимо от характеристик или функций, определения трассировки важны, поэтому давайте рассмотрим различные приложения.

Различная ширина и толщина проводки

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Показанные более тонкие кривые предназначены для сигналов уровня общего назначения TTL (транзисторно-транзисторная логика) и не имеют специальных требований для защиты от сильных токов или помех.

Это будут самые распространенные типы проводки на плате.

Более толстая проводка была оптимизирована с учетом допустимой нагрузки по току и может использоваться для периферийных устройств или функций, связанных с питанием, которые требуют более высокой мощности, таких как вентиляторы, двигатели и регулярное переключение мощности на компоненты более низкого уровня. В верхней левой части рисунка даже показан дифференциальный сигнал (высокоскоростной USB), который определяет конкретный интервал и ширину для удовлетворения требований к сопротивлению 90 Ом. На рис. 2 показана немного более плотная печатная плата, состоящая из шести слоев и требующая сборки BGA (шариковой решетки), которая требует более тонкой разводки.

Как рассчитать ширину линии печатной платы?

Давайте рассмотрим процесс вычисления определенной ширины следа для сигнала мощности, который передает ток от компонента питания к периферийному устройству. В этом примере мы рассчитаем минимальную ширину линии силового тракта для двигателя постоянного тока. Тракт питания начинается от предохранителя, пересекает H-образный мост (компонент, используемый для управления передачей мощности через обмотки двигателя постоянного тока) и заканчивается на разъеме двигателя. Средний длительный максимальный ток, требуемый двигателем постоянного тока, составляет около 2 ампер.

Теперь проводка печатной платы действует как резистор, и чем длиннее и уже проводка, тем больше сопротивления добавляется. Если проводка определена неправильно, сильный ток может повредить проводку и / или вызвать значительное падение напряжения на двигателе (что приведет к снижению скорости). Если мы примем некоторые общие условия, такие как заливка 1 унции меди и комнатная температура во время нормальной работы, нам нужно рассчитать минимальную ширину линии и ожидаемое падение давления на этой ширине.

Расстояние между кабелями печатной платы и длина

Для цифровых проектов с высокоскоростной связью могут потребоваться определенные интервалы и отрегулированная длина, чтобы минимизировать перекрестные помехи, связь и отражение. Для этой цели наиболее распространенными приложениями являются последовательные дифференциальные сигналы на основе USB и параллельные дифференциальные сигналы на основе RAM. Обычно для USB 2.0 требуется дифференциальная маршрутизация со скоростью 480 Мбит / с (высокоскоростной класс USB) или выше. Отчасти это связано с тем, что высокоскоростной USB обычно работает при гораздо более низких напряжениях и перепадах, приближая общий уровень сигнала к фоновому шуму.

При прокладке высокоскоростных USB-кабелей следует учитывать три важных момента: ширину проводов, расстояние между выводами и длину кабеля.

Все это важно, но самое важное из трех – убедиться, что длины двух линий максимально совпадают. 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. Согласующий импеданс 90 Ом является общей спецификацией для разводки дифференциальной пары. Для достижения этой цели трассировку следует оптимизировать по ширине и расстоянию.

На рисунке 5 показан пример дифференциальной пары для подключения высокоскоростных интерфейсов USB, которая содержит проводку шириной 12 мил с интервалами 15 мил.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Большинство высокопроизводительных программных продуктов для проектирования печатных плат будет иметь возможность регулировки длины, которая оптимизирует длину линии для соответствия всем соответствующим сигналам на параллельной шине. На рисунке 6 показан пример схемы DDR3 с разводкой для регулировки длины.

Следы и плоскости грунтовой засыпки

Для некоторых приложений с чувствительными к шуму компонентами, такими как беспроводные микросхемы или антенны, может потребоваться небольшая дополнительная защита. Проектирование проводки и плоскостей со встроенными отверстиями для заземления может значительно помочь свести к минимуму связь ближайшей проводки или захвата плоскости и внешних сигналов, которые проникают в края платы.

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. Это помогает изолировать антенну от других бортовых цепей и плоскостей.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. На рисунке 8 показана чувствительная к шуму печатная плата с заземленной заделанной плоскостью со сквозным отверстием по периферии платы.

Лучшие практики для разводки печатных плат

Многие факторы определяют характеристики проводки поля печатной платы, поэтому обязательно следуйте передовым методам при подключении следующей печатной платы, и вы найдете баланс между стоимостью печатной платы, плотностью цепи и общей производительностью.