Vad är linjebredd?

Låt oss börja med grunderna. Vad är spårbredd exakt? Varför är det viktigt att ange en specifik spårbredd? Syftet med PCB ledningar är att ansluta någon form av elektrisk signal (analog, digital eller ström) från en nod till en annan.

En nod kan vara en stift av en komponent, en gren av ett större spår eller plan, eller en tom kudde eller testpunkt för sondering. Spårbredder mäts vanligtvis i mils eller tusentals tum. Standardledningsbredder för vanliga signaler (inga speciella krav) kan vara flera tum långa i intervallet 7-12 mil, men många faktorer bör beaktas när du definierar ledningsbredden och längden.

Applikationen driver vanligtvis ledningsbredden och kabeltypen i PCB -konstruktion och balanserar vanligtvis PCB -tillverkningskostnader, kortdensitet/storlek och prestanda. Om kortet har specifika konstruktionskrav, såsom hastighetsoptimering, brus eller kopplingsdämpning, eller hög ström/spänning, kan bredden och typen av spår vara viktigare än att optimera tillverkningskostnaden för en bar PCB eller den totala kortstorleken.

Specifikation avseende kabeldragning i kretskortstillverkning

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

Design med hög densitet som kombinerar PCB-rymdtagning, till exempel mycket fint placerade BGA eller parallella bussar med högt antal signaler, kan kräva en linjebredd på 2.5 mil, liksom speciella typer av genomgående hål med diametrar på upp till 6 mil, t.ex. som laserborrade mikrothål. Omvänt kan vissa kraftfulla konstruktioner kräva mycket stora ledningar eller plan, konsumera hela lager och hälla uns som är tjockare än standard. I rymdbegränsade applikationer kan mycket tunna plattor innehållande flera lager och en begränsad koppartjocklekstjocklek på en halv uns (0.7 mil tjocklek) krävas.

I andra fall kan konstruktioner för höghastighetskommunikation från en kringutrustning till en annan kräva kabeldragning med kontrollerad impedans och specifika bredder och avstånd mellan varandra för att minimera reflektion och induktiv koppling. Eller så kan konstruktionen kräva en viss längd för att matcha andra relevanta signaler i bussen. Högspänningsapplikationer kräver vissa säkerhetsfunktioner, till exempel att minimera avståndet mellan två exponerade differentialsignaler för att förhindra ljusbågning. Oavsett egenskaper eller funktioner är spårningsdefinitioner viktiga, så låt oss utforska olika applikationer.

Olika ledningsbredder och tjocklekar

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. De finare spåren är avsedda för TTL-nivåer (transistor-transistor logic) för allmänna ändamål och har inga speciella krav för hög ström eller brusskydd.

Dessa kommer att vara de vanligaste ledningstyperna på kortet.

Tjockare ledningar har optimerats för nuvarande bärförmåga och kan användas för kringutrustning eller effektrelaterade funktioner som kräver högre effekt, såsom fläktar, motorer och regelbundna kraftöverföringar till komponenter på lägre nivå. Den övre vänstra delen av figuren visar till och med en differentialsignal (USB-höghastighet) som definierar ett specifikt avstånd och en bredd för att uppfylla impedanskraven på 90 ω. Figur 2 visar ett något tätare kretskort som har sex lager och kräver en BGA -enhet (ball grid array) som kräver finare ledningar.

Hur beräknar man PCB -linjebredden?

Låt oss gå igenom processen för att beräkna en viss spårbredd för en effektsignal som överför ström från en strömkomponent till en kringutrustning. I det här exemplet kommer vi att beräkna den minsta linjebredden för strömbanan för en likströmsmotor. Kraftbanan börjar vid säkringen, korsar H-bron (komponenten som används för att hantera kraftöverföring över likströmsmotorlindningarna) och slutar vid motorns kontaktdon. Den genomsnittliga kontinuerliga maximala strömmen som krävs av en likströmsmotor är cirka 2 ampere.

Nu fungerar PCB -ledningar som ett motstånd, och ju längre och smalare ledningarna är, desto mer motstånd läggs till. Om ledningarna inte är korrekt definierade kan den höga strömmen skada ledningarna och/eller orsaka ett betydande spänningsfall till motorn (vilket resulterar i minskad hastighet). Om vi ​​antar några allmänna förhållanden, till exempel 1 uns kopparhällning och rumstemperatur under normal drift, måste vi beräkna minsta ledningsbredd och det förväntade tryckfallet vid den bredden.

PCB -kabelns avstånd och längd

För digitala konstruktioner med höghastighetskommunikation kan specifika avstånd och justerade längder krävas för att minimera överhörning, koppling och reflektion. För detta ändamål är några vanliga applikationer USB-baserade seriella differentialsignaler och RAM-baserade parallella differentialsignaler. Vanligtvis kräver USB 2.0 differentiell routing med 480 Mbit/s (höghastighetsklass USB) eller högre. Detta beror delvis på att höghastighets-USB vanligtvis arbetar med mycket lägre spänningar och skillnader, vilket ger den övergripande signalnivån närmare bakgrundsljud.

Det finns tre viktiga saker att tänka på när du drar höghastighets-USB-kablar: trådbredd, avstånd mellan ledningar och kabellängd.

Alla dessa är viktiga, men det mest kritiska av de tre är att se till att längden på de två linjerna matchar så mycket som möjligt. 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 ohm matchande impedans är en allmän specifikation för differentialparledningar. För att uppnå detta mål bör routningen optimeras i bredd och avstånd.

Figur 5 visar ett exempel på ett differentialpar för kabeldragning av höghastighets-USB-gränssnitt som innehåller 12 mil breda ledningar i 15 mils intervall.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. De flesta avancerade PCB-designprogramvaror kommer att ha längdjusteringsmöjligheter som optimerar linjelängden för att matcha alla relevanta signaler i parallellbussen. Figur 6 visar ett exempel på en DDR3 -layout med längdjusteringskablar.

Spår och plan för markfyllning

Vissa applikationer med bullerkänsliga komponenter, till exempel trådlösa chips eller antenner, kan kräva lite extra skydd. Att designa ledningar och plan med inbäddade markhål kan i hög grad hjälpa till att minimera kopplingen av närliggande ledningar eller planplockning och off-board-signaler som kryper in i brädans kanter.

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. Detta hjälper till att isolera antennen från andra kretsar och plan ombord.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Figur 8 visar ett bullerkänsligt kretskort med ett jordat genomgående hål inbäddat plan längs kortets periferi.

Bästa praxis för PCB -kablar

Många faktorer avgör ledningsegenskaperna för kretskortsfältet, så se till att följa bästa praxis när du kopplar ditt nästa kretskort, så hittar du en balans mellan PCB -kostnad, kretstäthet och övergripande prestanda.