Шта је ширина линије?

Почнимо са основама. Шта је тачно ширина трага? Зашто је важно навести одређену ширину трага? Сврха ПЦБ- ожичење је за повезивање било које врсте електричног сигнала (аналогног, дигиталног или напајања) са једног чвора на други.

Чвор може бити пин компоненте, грана већег трага или равни или празна подлога или испитна тачка за сондирање. Ширине трагова се обично мере у миљима или хиљадама инча. Стандардне ширине ожичења за обичне сигнале (без посебних захтева) могу бити дугачке неколико инча у распону од 7-12 миља, али приликом дефинисања ширине и дужине ожичења треба узети у обзир многе факторе.

Апликација обично покреће ширину ожичења и врсту ожичења у дизајну ПЦБ -а и, у неком тренутку, обично уравнотежује трошкове производње ПЦБ -а, густину/величину плоче и перформансе. Ако плоча има посебне захтјеве за дизајн, као што су оптимизација брзине, потискивање буке или спрезања, или велика струја/напон, ширина и тип трага могу бити важнији од оптимизације производних трошкова голе ПЦБ -а или укупне величине плоче.

Спецификације које се односе на ожичење у производњи ПЦБ -а

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

Дизајни велике густине који комбинују заузимање простора на ПЦБ-у, као што су врло фино распоређени БГА или паралелне магистрале са великим бројем сигнала, могу захтевати ширину линије од 2.5 мил, као и посебне врсте пролазних рупа пречника до 6 мил. као ласерски избушене микро-рупе. Насупрот томе, неки дизајни велике снаге могу захтевати веома велике каблове или равни, трошећи читаве слојеве и сипајући унце које су дебље од стандардних. У апликацијама са ограниченим простором, могу бити потребне врло танке плоче које садрже неколико слојева и ограничену дебљину ливења од пола унце (дебљине 0.7 милиметара).

У другим случајевима, пројекти за брзу комуникацију с једне периферије на другу могу захтијевати ожичење с контролираном импедансом и специфичним ширинама и размаком један од другог како би се смањила рефлексија и индуктивна спрега. Или дизајн може захтевати одређену дужину како би одговарао другим релевантним сигналима у магистрали. Примене високог напона захтевају одређене безбедносне карактеристике, попут минимизирања растојања између два изложена диференцијална сигнала како би се спречило стварање лука. Без обзира на карактеристике или карактеристике, праћење дефиниција је важно, па хајде да истражимо различите апликације.

Различите ширине и дебљине ожичења

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Приказани финији трагови су за сигнале нивоа ТТЛ (транзистор-транзисторска логика) опште намене и немају посебне захтеве за високу струју или заштиту од буке.

Ово ће бити најчешћи типови ожичења на плочи.

Дебље ожичење оптимизовано је за носивост струје и може се користити за периферне уређаје или функције повезане са напајањем које захтевају већу снагу, као што су вентилатори, мотори и редован пренос снаге на компоненте нижег нивоа. Горњи леви део слике чак приказује и диференцијални сигнал (УСБ велике брзине) који дефинише одређени размак и ширину како би се испунили захтеви импедансе од 90 ω. Слика 2 приказује мало гушћу плочу која има шест слојева и за коју је потребан склоп БГА (решеткаста кугла) који захтева финије ожичење.

Како израчунати ширину линије ПЦБ -а?

Прођимо кроз процес израчунавања одређене ширине трага за сигнал напајања који преноси струју са компоненте напајања на периферни уређај. У овом примеру израчунаћемо минималну ширину линије пута напајања за мотор једносмерне струје. Путања напајања почиње од осигурача, прелази преко Х-моста (компонента која се користи за управљање преносом енергије преко намотаја једносмерног мотора) и завршава се на конектору мотора. Просјечна континуирана максимална струја потребна за истосмјерни мотор је око 2 ампера.

Сада ожичење ПЦБ -а дјелује као отпорник, а што је ожичење дуже и уже, додаје се већи отпор. Ако ожичење није правилно дефинирано, велика струја може оштетити ожичење и/или узроковати значајан пад напона на мотору (што резултира смањеном брзином). Ако претпоставимо неке опште услове, као што је 1 унца изливања бакра и собна температура током нормалног рада, морамо израчунати минималну ширину цеви и очекивани пад притиска на тој ширини.

Размак и дужина кабла за ПЦБ

За дигиталне дизајне са комуникацијама велике брзине, можда ће бити потребни одређени размаци и прилагођене дужине како би се смањили преслушавање, повезивање и рефлексија. У ту сврху, неке уобичајене апликације су серијски диференцијални сигнали засновани на УСБ-у и паралелни диференцијални сигнали засновани на РАМ-у. Обично ће УСБ 2.0 захтевати диференцијално усмеравање на 480Мбит/с (УСБ класа велике брзине) или више. То је делимично и због тога што УСБ велике брзине обично ради на много нижим напонима и разликама, што укупни ниво сигнала приближава позадинској буци.

Три су важне ствари које треба узети у обзир при постављању УСБ кабела велике брзине: ширина жице, размак електрода и дужина кабела.

Све ово је важно, али најкритичније од три је да се уверите да се дужине две линије подударају што је више могуће. 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. Одговарајућа импеданса од 90 охма општа је спецификација за ожичење парова диференцијала. Да би се постигао овај циљ, рутирање треба оптимизовати по ширини и размаку.

Слика 5 приказује пример диференцијалног пара за ожичење УСБ интерфејса велике брзине који садржи ожичење ширине 12 мил у интервалима од 15 мил.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Већина врхунских софтвера за дизајн ПЦБ-а имаће могућности подешавања дужине које оптимизују дужину линије тако да одговарају свим релевантним сигналима у паралелној магистрали. Слика 6 приказује пример распореда ДДР3 са ожичењем за подешавање дужине.

Трагови и равни испуне тла

Неке апликације са компонентама осетљивим на буку, попут бежичних чипова или антена, могу захтевати мало додатне заштите. Дизајнирање ожичења и равни са уграђеним рупама за уземљење може увелико помоћи у смањењу спајања оближњих ожичења или сигнала за одабир авиона и сигнала који се увлаче у ивице плоче.

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. Ово помаже у изолацији антене од других уграђених кола и равни.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Слика 8 приказује ПЦБ осетљив на буку са уземљеном равнином уграђеном кроз рупу дуж периферије плоче.

Најбоље праксе за ожичење ПЦБ -а

Карактеристике ожичења поља ПЦБ -а одређују многи фактори, па се придржавајте најбољих пракси приликом повезивања следеће ПЦБ -а, па ћете пронаћи равнотежу између цене фабричке плоче, густине кола и укупних перформанси.