Kaj je širina črte?

Začnimo z osnovami. Kaj točno je širina sledi? Zakaj je pomembno določiti določeno širino sledi? Namen PCB ožičenje je povezava katere koli vrste električnega signala (analognega, digitalnega ali napajalnega) iz enega vozlišča v drugega.

Vozlišče je lahko zatič komponente, veja večje sledi ali ravnine ali prazna blazinica ali preskusna točka za sondiranje. Širine sledi se običajno merijo v miljah ali tisoč palcih. Standardne širine ožičenja za navadne signale (brez posebnih zahtev) so lahko dolge nekaj centimetrov v območju 7-12 milj, vendar je treba pri določanju širine in dolžine ožičenja upoštevati številne dejavnike.

Aplikacija običajno določa širino ožičenja in vrsto ožičenja pri oblikovanju tiskanih vezij in na neki točki običajno uravnoteži proizvodne stroške, gostoto/velikost plošče in zmogljivost. Če ima plošča posebne oblikovalske zahteve, kot so optimizacija hitrosti, zatiranje hrupa ali sklopke ali visok tok/napetost, sta lahko širina in vrsta sledi pomembnejša od optimizacije proizvodnih stroškov golega tiskanega vezja ali celotne velikosti plošče.

Specifikacija v zvezi z ožičenjem pri proizvodnji tiskanih vezij

Običajno naslednje specifikacije v zvezi z ožičenjem povečujejo stroške izdelave golih PCBS.

Zaradi strožjih toleranc za PCB in vrhunske opreme, potrebne za proizvodnjo, pregled ali preskušanje PCBS, postanejo stroški precej visoki:

L Širina sledi manjša od 5 mil (0.005 palca)

L Razmik sledi manj kot 5 milj

L Skozi luknje s premerom manj kot 8 mil

L Debelina sledi manjša ali enaka 1 unčo (enako 1.4 mils)

L Diferenčni par in nadzorovana dolžina ali impedanca ožičenja

Modeli z visoko gostoto, ki združujejo zavzemanje prostora na tiskanih vezjih, na primer zelo fino razporejen BGA ali vzporedna vodila z visokim številom signalov, lahko zahtevajo širino črte 2.5 milja, pa tudi posebne vrste prehodnih lukenj s premerom do 6 mil, npr. kot lasersko izvrtane mikro luknje. Nasprotno pa lahko nekateri modeli z veliko močjo zahtevajo zelo veliko ožičenje ali ravnine, ki porabijo celotne plasti in vlijejo unče, ki so debelejše od standardnih. Pri prostorsko omejenih aplikacijah bodo morda potrebne zelo tanke plošče, ki vsebujejo več plasti in imajo omejeno debelino ulitka pol unče (0.7 milimetra debeline).

V drugih primerih lahko zasnove za visokohitrostno komunikacijo z ene periferije na drugo zahtevajo ožičenje z nadzorovano impedanco in določenimi širinami ter razmikom med seboj, da zmanjšajo odboj in induktivno sklopko. Ali pa lahko zasnova zahteva določeno dolžino, da se ujema z drugimi ustreznimi signali v vodilu. Visokonapetostne aplikacije zahtevajo nekatere varnostne lastnosti, na primer zmanjšanje razdalje med dvema izpostavljenima diferencialnima signaloma, da se prepreči lok. Ne glede na značilnosti ali lastnosti je sledenje definicijam pomembno, zato raziščimo različne aplikacije.

Različne širine in debeline ožičenja

PCBS običajno vsebujejo različne širine linij, saj so odvisne od zahtev po signalu (glej sliko 1). Prikazane drobne sledi so za splošne signale ravni TTL (tranzistorsko-tranzistorska logika) in nimajo posebnih zahtev za visokotokovno zaščito ali zaščito pred hrupom.

To bodo najpogostejše vrste ožičenja na plošči.

Debelejše ožičenje je optimizirano za nosilnost toka in se lahko uporablja za zunanje naprave ali funkcije, povezane z napajanjem, ki zahtevajo večjo moč, kot so ventilatorji, motorji in redni prenosi energije na komponente nižje ravni. Zgornji levi del slike celo prikazuje diferencialni signal (USB visoke hitrosti), ki določa določen razmik in širino, da ustreza zahtevam impedance 90 ω. Na sliki 2 je prikazano nekoliko gostejše vezje, ki ima šest slojev in zahteva sklop BGA (kroglična mreža), ki zahteva fino ožičenje.

Kako izračunati širino črte PCB?

Pojdimo skozi postopek izračunavanja določene širine sledi za napajalni signal, ki prenaša tok iz komponente napajanja na zunanjo napravo. V tem primeru bomo izračunali najmanjšo širino črte napajalne poti za enosmerni motor. Napajalna pot se začne pri varovalki, prečka H-most (komponento, ki se uporablja za upravljanje prenosa energije po navitjih enosmernega motorja) in se konča pri priključku motorja. Povprečni neprekinjeni največji tok, ki ga potrebuje enosmerni motor, je približno 2 ampera.

Zdaj ožičenje PCB deluje kot upor, in dlje in ožje ožičenje, večja je odpornost. Če ožičenje ni pravilno opredeljeno, lahko visok tok poškoduje ožičenje in/ali povzroči znaten padec napetosti motorja (kar povzroči zmanjšano hitrost). NetC21_2, prikazan na sliki 3, je dolg približno 0.8 palca in mora prenašati največ 2 ampera. Če predpostavimo nekatere splošne pogoje, kot sta 1 unča vlivanja bakra in sobna temperatura med normalnim delovanjem, moramo izračunati najmanjšo širino cevi in ​​pričakovani padec tlaka pri tej širini.

Kako izračunati upor ožičenja PCB?

Za površino sledi se uporablja naslednja enačba:

Območje [Mils ²] = (trenutni [amperi] / (K * (dvig temp. [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), ki sledi merilu zunanje plasti IPC (ali zgornji / spodnji), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Upoštevajte, da je edina spremenljivka, ki jo resnično moramo vstaviti, trenutna.

Uporaba te regije v naslednji enačbi nam daje potrebno širino, ki nam pove širino črte, potrebno za prenos toka brez kakršnih koli potencialnih težav:

Širina [Mils] = površina [Mils ^ 2] / (debelina [oz] * 1.378 [mils / oz]), kjer je 1.378 povezana s standardno debelino vlivanja 1 oz.

Če v zgornji izračun vstavimo 2 ampera toka, dobimo najmanj 30 mil ožičenja.

Toda to nam ne pove, kakšen bo padec napetosti. To je bolj vključeno, ker je treba izračunati upor žice, kar je mogoče storiti po formuli, prikazani na sliki 4.

V tej formuli je ρ = upornost bakra, α = temperaturni koeficient bakra, T = debelina sledi, W = širina sledi, L = dolžina sledi, T = temperatura. Če vse ustrezne vrednosti vstavimo v 0.8 -palčno dolžino 30 milimetrov, ugotovimo, da je upornost ožičenja približno 0.03? In zniža napetost za približno 26 mV, kar je v redu za to aplikacijo. Koristno je vedeti, kaj vpliva na te vrednote.

Razmik in dolžina kabla PCB

Za digitalne zasnove s hitrimi komunikacijami bodo morda potrebni posebni razmiki in prilagojene dolžine za zmanjšanje preslušavanja, povezovanja in odboja. V ta namen so nekatere običajne aplikacije serijski diferencialni signali na osnovi USB in paralelni diferencialni signali, ki temeljijo na RAM-u. Običajno bo USB 2.0 zahteval diferencialno usmerjanje pri 480Mbit/s (razred visoke hitrosti USB) ali višje. To je deloma tudi zato, ker hitri USB običajno deluje pri precej nižjih napetostih in razlikah, kar celotno raven signala približa hrupu v ozadju.

Pri napeljavi kablov USB za visoke hitrosti morate upoštevati tri pomembne stvari: širino žice, razmik med vodi in dolžino kabla.

Vse to je pomembno, vendar je med vsemi tremi najbolj kritično, da se dolžini obeh vrstic čim bolj ujemata. Splošno pravilo je, da če se dolžine kablov med seboj razlikujejo za največ 50 milj (za hitri USB), to znatno poveča tveganje odseva, kar lahko povzroči slabo komunikacijo. Ujemajoča se impedanca 90 ohmov je splošna specifikacija za ožičenje diferencialnih parov. Za dosego tega cilja je treba usmerjanje optimizirati po širini in razmiku.

Na sliki 5 je prikazan primer diferencialnega para za ožičenje hitrih USB vmesnikov, ki vsebuje ožičenje širine 12 mil v 15 mil presledkih.

Vmesniki za pomnilniške komponente, ki vsebujejo vzporedne vmesnike (na primer DDR3-SDRAM), bodo glede na dolžino žice bolj omejeni. Večina vrhunske programske opreme za oblikovanje tiskanih vezij bo imela možnosti prilagajanja dolžine, ki optimizirajo dolžino linije tako, da se ujema z vsemi ustreznimi signali v vzporednem vodilu. Slika 6 prikazuje primer postavitve DDR3 z ožičenjem za nastavitev dolžine.

Sledi in ravnine polnjenja tal

Nekatere aplikacije s komponentami, občutljivimi na hrup, kot so brezžični čipi ali antene, lahko zahtevajo malo dodatne zaščite. Oblikovanje ožičenja in ravnin z vgrajenimi ozemljitvenimi luknjami lahko v veliki meri pomaga pri zmanjševanju povezave bližnjih ožičenja ali signalov za izbiro ravnine in signalov zunaj plošče, ki se prilezejo na robove plošče.

Slika 7 prikazuje primer modula Bluetooth, nameščenega blizu roba plošče, z njegovo anteno (prek sitotiskanih oznak »ANT«) zunaj debele črte, ki vsebuje vgrajene skoznje luknje, povezane s tlemi. To pomaga izolirati anteno od drugih vgrajenih vezij in ravnin.

Ta alternativna metoda usmerjanja po tleh (v tem primeru poligonalna ravnina) se lahko uporabi za zaščito vezja plošče pred zunanjimi brezžičnimi signali. Slika 8 prikazuje tiskano vezje, občutljivo na hrup, z ozemljeno ravnino, vgrajeno skozi luknjo vzdolž obrobja plošče.

Najboljše prakse za ožičenje PCB

Značilnosti ožičenja polja PCB določajo številni dejavniki, zato pri ožičenju naslednjega tiskanega vezja upoštevajte najboljše prakse in našli boste ravnovesje med stroški tovarne PCB, gostoto vezja in splošno zmogljivostjo.