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

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

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 typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. 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). 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.

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. 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. 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.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. 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.

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 pomaga izolirati anteno od drugih vgrajenih vezij in ravnin.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. 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.