Rëndësia e gjerësisë së linjës PCB në hartimin e PCB

Çfarë është gjerësia e vijës?

Le të fillojmë me bazat. Çfarë është saktësisht gjerësia e gjurmës? Pse është e rëndësishme të specifikoni një gjerësi specifike të gjurmës? Qëllimi i PCB instalime elektrike është të lidhësh çdo lloj sinjali elektrik (analog, dixhital ose energji) nga një nyje në tjetrën.

Një nyje mund të jetë një kunj i një komponenti, një degë e një gjurme ose rrafshi më të madh, ose një jastëk bosh ose pikë prove për sondim. Gjerësia e gjurmëve zakonisht matet në mils ose mijëra inç. Gjerësitë standarde të telave për sinjalet e zakonshme (pa kërkesa të veçanta) mund të jenë disa centimetra të gjata në intervalin 7-12 mils, por shumë faktorë duhet të merren parasysh kur përcaktoni gjerësinë dhe gjatësinë e instalimeve elektrike.

ipcb

Aplikacioni në mënyrë tipike drejton gjerësinë e instalimeve elektrike dhe llojin e telave në dizajnin e PCB dhe, në një moment, zakonisht balancon koston e prodhimit të PCB, densitetin/madhësinë e bordit dhe performancën. Nëse bordi ka kërkesa specifike të projektimit, të tilla si optimizimi i shpejtësisë, zhurma ose shtypja e bashkimit, ose rryma/tensioni i lartë, gjerësia dhe lloji i gjurmës mund të jenë më të rëndësishme sesa optimizimi i kostos së prodhimit të një PCB të zhveshur ose madhësisë së përgjithshme të bordit.

Specifikimet në lidhje me instalimet elektrike në prodhimin e PCB

Në mënyrë tipike, specifikimet e mëposhtme në lidhje me instalimet elektrike fillojnë të rrisin koston e prodhimit të PCBS të zhveshur.

Për shkak të tolerancave më të rrepta të PCB dhe pajisjeve të nivelit të lartë që kërkohen për prodhimin, inspektimin ose testimin e PCBS, kostot bëhen mjaft të larta:

L Gjerësia e gjurmës më pak se 5 mil (0.005 in.)

L Gjurmë distancë më pak se 5 mils

L Përmes vrimave me diametër më të vogël se 8 mil

L Trashësia e gjurmës më pak ose e barabartë me 1 ons (e barabartë me 1.4 mils)

L Çifti diferencial dhe gjatësia e kontrolluar ose rezistenca e instalimeve elektrike

Hartimet me densitet të lartë që kombinojnë marrjen e hapësirës PCB, të tilla si autobusët paralel me një distancë shumë të hollë ose sinjal të lartë, mund të kërkojnë një gjerësi të linjës prej 2.5 mil, si dhe lloje të veçanta të vrimave me diametër deri në 6 milje, të tilla si vrima me mikrrotro të shpuar me lazer. Anasjelltas, disa modele me fuqi të lartë mund të kërkojnë instalime elektrike ose aeroplanë shumë të mëdhenj, duke konsumuar shtresa të tëra dhe duke derdhur ons që janë më të trashë se standardi. Në aplikimet e kufizuara në hapësirë, mund të kërkohen pllaka shumë të holla që përmbajnë disa shtresa dhe një trashësi të kufizuar të derdhjes së bakrit prej gjysmë ons (trashësi 0.7 mil.).

Në raste të tjera, modelet për komunikim me shpejtësi të lartë nga njëra periferike në tjetrën mund të kërkojnë instalime elektrike me rezistencë të kontrolluar dhe gjerësi të veçanta dhe hapësirë ​​midis njëri-tjetrit për të minimizuar reflektimin dhe bashkimin induktiv. Ose dizajni mund të kërkojë një gjatësi të caktuar për të përputhur sinjalet e tjera përkatëse në autobus. Aplikimet e tensionit të lartë kërkojnë karakteristika të caktuara të sigurisë, të tilla si minimizimi i distancës midis dy sinjaleve diferenciale të ekspozuara për të parandaluar harkimin. Pavarësisht nga karakteristikat ose veçoritë, gjurmimi i përkufizimeve është i rëndësishëm, kështu që le të eksplorojmë aplikacione të ndryshme.

Gjerësi dhe trashësi të ndryshme të telave

PCBS zakonisht përmbajnë një shumëllojshmëri të gjerësive të linjave, pasi ato varen nga kërkesat e sinjalit (shih Figurën 1). Gjurmët më të imta të treguara janë për sinjale të nivelit TTL të qëllimit të përgjithshëm (logjika transistor-tranzistor) dhe nuk kanë kërkesa të veçanta për mbrojtje nga rryma të larta ose zhurma.

Këto do të jenë llojet më të zakonshme të telave në tabelë.

Lidhjet më të trasha janë optimizuar për kapacitetin mbajtës aktual dhe mund të përdoren për pajisje periferike ose të lidhura me energjinë që kërkojnë fuqi më të lartë, të tilla si tifozët, motorët dhe transferimet e rregullta të energjisë në përbërës të nivelit më të ulët. Pjesa e sipërme e majtë e figurës madje tregon një sinjal diferencial (USB me shpejtësi të lartë) që përcakton një hapësirë ​​dhe gjerësi specifike për të përmbushur kërkesat e rezistencës prej 90 ω. Figura 2 tregon një tabelë qarku pak më të dendur që ka gjashtë shtresa dhe kërkon një montim BGA (rrjeti i rrjetës së topit) që kërkon instalime elektrike më të holla.

Si të llogarisni gjerësinë e linjës PCB?

Le të kalojmë në procesin e llogaritjes së një gjerësie të caktuar gjurmë për një sinjal të energjisë që transferon rrymën nga një komponent energjie në një pajisje periferike. Në këtë shembull, ne do të llogarisim gjerësinë minimale të linjës së rrugës së fuqisë për një motor DC. Rruga e energjisë fillon në siguresën, kalon urën H (përbërësi që përdoret për të menaxhuar transmetimin e energjisë nëpër mbështjelljet e motorit DC) dhe përfundon në lidhësin e motorit. Rryma mesatare e vazhdueshme maksimale e kërkuar nga një motor DC është rreth 2 amper.

Tani, instalimet elektrike PCB veprojnë si një rezistencë, dhe sa më e gjatë dhe më e ngushtë të jetë instalimi, aq më shumë rezistencë shtohet. Nëse instalimet elektrike nuk janë përcaktuar saktë, rryma e lartë mund të dëmtojë instalimet elektrike dhe/ose të shkaktojë një rënie të konsiderueshme të tensionit në motor (duke rezultuar në shpejtësi të zvogëluar). NetC21_2 i treguar në Figurën 3 është rreth 0.8 inç i gjatë dhe duhet të mbajë një rrymë maksimale prej 2 amper. Nëse supozojmë disa kushte të përgjithshme, të tilla si 1 ons derdhje bakri dhe temperatura e dhomës gjatë funksionimit normal, ne duhet të llogarisim gjerësinë minimale të linjës dhe rënien e pritshme të presionit në atë gjerësi.

Si të llogarisni rezistencën e instalimeve PCB?

Ekuacioni i mëposhtëm përdoret për zonën e gjurmimit:

Zona [Mils ²] = (aktuale [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), e cila ndjek kriterin e shtresës së jashtme IPC (ose lart / poshtë), k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Vini re se e vetmja variabël që duhet të futim është aktuale.

Përdorimi i këtij rajoni në ekuacionin e mëposhtëm do të na japë gjerësinë e nevojshme që na tregon gjerësinë e linjës që nevojitet për të bartur rrymën pa ndonjë problem të mundshëm:

Gjerësia [Mils] = zona [Mils ^ 2] / (trashësia [oz] * 1.378 [mils / oz]), ku 1.378 lidhet me trashësinë standarde të derdhjes 1 oz.

Duke futur 2 amperë të rrymës në llogaritjen e mësipërme, marrim një minimum prej 30 milje instalime elektrike.

Por kjo nuk na tregon se çfarë do të jetë rënia e tensionit. Kjo është më e përfshirë sepse duhet të llogarisë rezistencën e telit, e cila mund të bëhet sipas formulës së treguar në Figurën 4.

Në këtë formulë, ρ = rezistenca e bakrit, α = koeficienti i temperaturës së bakrit, T = trashësia e gjurmës, W = gjerësia e gjurmës, L = gjatësia e gjurmës, T = temperatura. Nëse të gjitha vlerat përkatëse futen në një gjatësi 0.8 “30mils, gjejmë se rezistenca e instalimeve elektrike është rreth 0.03? Dhe ul tensionin me rreth 26mV, që është mirë për këtë aplikim. Helpfulshtë e dobishme të dini se çfarë ndikon në këto vlera.

Hapësira dhe gjatësia e kabllove PCB

Për modelet dixhitale me komunikime me shpejtësi të lartë, mund të kërkohet hapësirë ​​specifike dhe gjatësi të rregulluara për të minimizuar kryqëzimin, bashkimin dhe reflektimin. Për këtë qëllim, disa aplikacione të zakonshme janë sinjalet diferenciale serike të bazuara në USB dhe sinjalet diferenciale paralele të bazuara në RAM. Në mënyrë tipike, USB 2.0 do të kërkojë kurs diferencial me 480Mbit/s (klasa USB me shpejtësi të lartë) ose më të lartë. Kjo është pjesërisht sepse USB me shpejtësi të lartë zakonisht funksionon në tensione dhe dallime shumë më të ulëta, duke e afruar nivelin e përgjithshëm të sinjalit më afër zhurmës në sfond.

Ekzistojnë tre gjëra të rëndësishme për t’u marrë parasysh kur drejtoni kabllot USB me shpejtësi të lartë: gjerësia e telit, hapësira e plumbit dhe gjatësia e kabllit.

Të gjitha këto janë të rëndësishme, por më kritiku nga të tre është të siguroheni që gjatësia e dy rreshtave të përputhet sa më shumë që të jetë e mundur. Si rregull i përgjithshëm, nëse gjatësitë e kabllove ndryshojnë nga njëri-tjetri jo më shumë se 50 mil (për USB me shpejtësi të lartë), kjo rrit ndjeshëm rrezikun e reflektimit, i cili mund të rezultojë në komunikim të dobët. Pengesa e përputhjes 90 ohm është një specifikim i përgjithshëm për instalime elektrike diferenciale në çifte. Për të arritur këtë qëllim, kursi duhet të optimizohet në gjerësi dhe hapësirë.

Figura 5 tregon një shembull të një çifti diferencial për lidhjen e ndërfaqeve USB me shpejtësi të lartë që përmban instalime elektrike të gjera 12 mililitra në intervale 15 milje.

Ndërfaqet për komponentët e bazuar në kujtesë që përmbajnë ndërfaqe paralele (të tilla si DDR3-SDRAM) do të jenë më të kufizuara përsa i përket gjatësisë së telit. Shumica e programeve të dizajnit PCB të nivelit të lartë do të kenë aftësi të rregullimit të gjatësisë që optimizojnë gjatësinë e linjës që të përputhet me të gjitha sinjalet përkatëse në autobusin paralel. Figura 6 tregon një shembull të një paraqitjeje DDR3 me instalime elektrike të rregullimit të gjatësisë.

Gjurmët dhe rrafshet e mbushjes së tokës

Disa aplikacione me përbërës të ndjeshëm ndaj zhurmës, të tilla si patate të skuqura pa tel ose antena, mund të kërkojnë pak mbrojtje shtesë. Projektimi i instalimeve elektrike dhe aeroplanëve me vrima të ngulitura të tokës mund të ndihmojë shumë në minimizimin e bashkimit të instalimeve elektrike aty pranë ose marrjes së sinjaleve nga aeroplani dhe zvarritjes në skajet e tabelës.

Figura 7 tregon një shembull të një moduli Bluetooth të vendosur pranë skajit të pllakës, me antenën e tij (përmes ekranit të shënuar me shenja “ANT”) jashtë një linje të trashë që përmban gropat e ngulitura të lidhura me formimin e tokës. Kjo ndihmon në izolimin e antenës nga qarqet dhe aeroplanët e tjerë në bord.

Kjo metodë alternative e kalimit nëpër tokë (në këtë rast një plan poligonal) mund të përdoret për të mbrojtur qarkun e bordit nga sinjalet e jashtme pa tel jashtë bordit. Figura 8 tregon një PCB të ndjeshme ndaj zhurmës me një rrafsh të ngulitur me vrima të vendosura përgjatë periferisë së tabelës.

Praktikat më të mira për instalime elektrike PCB

Shumë faktorë përcaktojnë karakteristikat e instalimeve elektrike të fushës PCB, prandaj sigurohuni që të ndiqni praktikat më të mira kur lidhni PCB -në tuaj të ardhshme dhe do të gjeni një ekuilibër midis kostos së fabrikës së PCB -së, densitetit të qarkut dhe performancës së përgjithshme.