Aká je šírka čiary?

Začnime základmi. Čo je to vlastne stopová šírka? Prečo je dôležité špecifikovať konkrétnu šírku stopy? Účelom PCB zapojenie je na pripojenie akéhokoľvek druhu elektrického signálu (analógového, digitálneho alebo napájacieho) z jedného uzla k druhému.

Uzlom môže byť kolík súčiastky, vetva väčšej stopy alebo roviny alebo prázdna podložka alebo testovací bod na sondovanie. Šírky stopy sa zvyčajne merajú v milách alebo tisícoch palcov. Štandardné šírky vodičov pre bežné signály (žiadne špeciálne požiadavky) môžu mať niekoľko palcov v rozsahu 7 až 12 mil, ale pri definovaní šírky a dĺžky zapojenia je potrebné vziať do úvahy mnoho faktorov.

Aplikácia typicky riadi šírku zapojenia a typ zapojenia pri návrhu DPS a v určitom okamihu zvyčajne vyvažuje výrobné náklady na PCB, hustotu/veľkosť dosky a výkon. Ak má doska špecifické konštrukčné požiadavky, ako je optimalizácia rýchlosti, potlačenie šumu alebo spojenia alebo vysoký prúd/napätie, šírka a typ stopy môžu byť dôležitejšie ako optimalizácia výrobných nákladov na holú dosku plošných spojov alebo celkovú veľkosť dosky.

Špecifikácia týkajúca sa zapojenia pri výrobe DPS

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

Dizajn s vysokou hustotou, ktorý kombinuje odoberanie priestoru PCB, ako napríklad veľmi jemne rozmiestnené BGA alebo paralelné zbernice s vysokým počtom signálov, môže vyžadovať šírku čiary 2.5 mil., Ako aj špeciálne typy priechodných otvorov s priemerom až 6 mil. ako laserom vŕtané mikropriechodné otvory. Naopak, niektoré vysokovýkonné konštrukcie môžu vyžadovať veľmi veľké rozvody alebo roviny, ktoré spotrebúvajú celé vrstvy a nalievajú unce, ktoré sú hrubšie ako štandardné. V priestorovo obmedzených aplikáciách môžu byť potrebné veľmi tenké platne obsahujúce niekoľko vrstiev a obmedzenú hrúbku odliatka medi na pol unce (hrúbka 0.7 mil).

V iných prípadoch môžu návrhy na vysokorýchlostnú komunikáciu z jedného periférneho zariadenia na druhé vyžadovať zapojenie s riadenou impedanciou a špecifickými šírkami a vzájomnými rozstupmi, aby sa minimalizoval odraz a induktívna väzba. Alebo konštrukcia môže vyžadovať určitú dĺžku, aby zodpovedala iným relevantným signálom v zbernici. Aplikácie vysokého napätia vyžadujú určité bezpečnostné funkcie, ako napríklad minimalizáciu vzdialenosti medzi dvoma exponovanými diferenciálnymi signálmi, aby sa zabránilo oblúku. Bez ohľadu na vlastnosti alebo vlastnosti je sledovanie definícií dôležité, preskúmajme teda rôzne aplikácie.

Rôzne šírky a hrúbky vodičov

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Jemnejšie zobrazené stopy sú určené pre všeobecné signály úrovne TTL (tranzistor-tranzistorová logika) a nemajú žiadne špeciálne požiadavky na ochranu pred vysokým prúdom alebo hlukom.

Toto budú najbežnejšie typy zapojenia na doske.

Hrubšie zapojenie bolo optimalizované pre prúdovú zaťažiteľnosť a môže byť použité pre periférie alebo funkcie súvisiace s napájaním, ktoré vyžadujú vyšší výkon, ako sú ventilátory, motory a pravidelné prenosy energie do komponentov nižšej úrovne. Ľavá horná časť obrázku dokonca zobrazuje diferenciálny signál (vysokorýchlostný USB), ktorý definuje konkrétny rozstup a šírku tak, aby spĺňal požiadavky na impedanciu 90 ω. Na obrázku 2 je znázornená mierne hustejšia doska plošných spojov, ktorá má šesť vrstiev a vyžaduje zostavu BGA (ball grid array), ktorá vyžaduje jemnejšie zapojenie.

Ako vypočítať šírku riadka DPS?

Prejdeme sa krokom výpočtu určitej šírky stopy pre výkonový signál, ktorý prenáša prúd z výkonového komponentu na periférne zariadenie. V tomto prípade vypočítame minimálnu šírku čiary silovej cesty pre jednosmerný motor. Cesta napájania začína na poistke, prechádza cez H-mostík (komponent používaný na riadenie prenosu energie cez vinutia jednosmerného motora) a končí na konektore motora. Priemerný trvalý maximálny prúd požadovaný jednosmerným motorom je asi 2 ampéry.

Kábel plošného spoja funguje ako odpor a čím dlhšie a užšie zapojenie, tým väčší odpor. Ak zapojenie nie je správne definované, vysoký prúd môže poškodiť vedenie a/alebo spôsobiť výrazný pokles napätia v motore (čo má za následok zníženie rýchlosti). Ak predpokladáme niektoré všeobecné podmienky, ako napríklad 1 unca liatia medi a izbová teplota počas normálnej prevádzky, musíme vypočítať minimálnu šírku čiary a očakávaný pokles tlaku pri tejto šírke.

Rozstup a dĺžka káblov plošných spojov

Pri digitálnych prevedeniach s vysokorýchlostnou komunikáciou môžu byť požadované špecifické medzery a upravené dĺžky, aby sa minimalizoval presluch, spojka a odraz. Na tento účel sú niektorými bežnými aplikáciami sériové diferenciálne signály na báze USB a paralelné diferenciálne signály na báze RAM. Rozhranie USB 2.0 zvyčajne vyžaduje diferenciálne smerovanie 480 Mbit/s (vysokorýchlostná trieda USB) alebo vyššie. Je to čiastočne preto, že vysokorýchlostné USB zvyčajne pracuje s oveľa nižšími napätiami a rozdielmi, čím sa celková úroveň signálu približuje k šumu v pozadí.

Pri smerovaní vysokorýchlostných káblov USB je potrebné vziať do úvahy tri dôležité veci: šírku vodiča, vzdialenosť medzi káblami a dĺžku kábla.

Všetky tieto skutočnosti sú dôležité, ale najdôležitejšou z nich je zaistiť, aby sa dĺžky dvoch línií zhodovali čo najviac. 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 ohmová zhodná impedancia je všeobecnou špecifikáciou pre zapojenie diferenciálnych párov. Aby sa dosiahol tento cieľ, smerovanie by malo byť optimalizované na šírku a rozstupy.

Obrázok 5 zobrazuje príklad diferenciálneho páru na zapojenie vysokorýchlostných rozhraní USB, ktorý obsahuje 12 mil široké zapojenie v 15 mil intervaloch.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Väčšina špičkového softvéru pre návrh PCB bude mať možnosti nastavenia dĺžky, ktoré optimalizujú dĺžku linky tak, aby zodpovedala všetkým relevantným signálom v paralelnej zbernici. Obrázok 6 zobrazuje príklad rozloženia DDR3 s zapojením na úpravu dĺžky.

Stopy a roviny zemnej výplne

Niektoré aplikácie s komponentmi citlivými na hluk, ako sú bezdrôtové čipy alebo antény, môžu vyžadovať trochu dodatočnej ochrany. Navrhovanie káblov a lietadiel so zabudovanými uzemňovacími otvormi môže výrazne pomôcť minimalizovať prepojenie blízkych káblov alebo snímania rovín a signálov mimo palubu, ktoré sa plazia po okrajoch dosky.

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. To pomáha izolovať anténu od ostatných palubných obvodov a lietadiel.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Obrázok 8 zobrazuje dosku plošných spojov citlivú na hluk s uzemnenou rovinou zapustenou dierou pozdĺž obvodu dosky.

Osvedčené postupy pre zapojenie DPS

Charakteristiky zapojenia poľa plošných spojov určuje mnoho faktorov, preto pri zapojovaní ďalšej dosky plošných spojov dodržiavajte osvedčené postupy a nájdete rovnováhu medzi výrobnými nákladmi na plošné spoje, hustotou obvodov a celkovým výkonom.