Ang kahalagahan ng lapad ng linya ng PCB sa disenyo ng PCB

Ano ang lapad ng linya?

Magsimula tayo sa mga pangunahing kaalaman. Ano nga ba ang lapad ng bakas? Bakit mahalagang tukuyin ang isang tukoy na lapad ng bakas? Ang layunin ng PCB ang mga kable ay upang ikonekta ang anumang uri ng de-koryenteng signal (analog, digital o kapangyarihan) mula sa isang node patungo sa isa pa.

Ang isang node ay maaaring isang pin ng isang bahagi, isang sangay ng isang mas malaking bakas o eroplano, o isang walang laman na pad o test point para sa pagsisiyasat. Ang mga lapad ng bakas ay karaniwang sinusukat sa mga mil o libu-libong pulgada. Ang karaniwang mga lapad ng mga kable para sa mga ordinaryong signal (walang mga espesyal na kinakailangan) ay maaaring maraming pulgada ang haba sa saklaw na 7-12 mils, ngunit maraming mga kadahilanan ang dapat isaalang-alang kapag tinukoy ang lapad at haba ng mga kable.

ipcb

Karaniwang hinihimok ng application ang lapad ng mga kable at uri ng mga kable sa disenyo ng PCB at, sa ilang mga punto, karaniwang ibinabalanse ang gastos sa pagmamanupaktura ng PCB, density / laki ng board, at pagganap. Kung ang board ay may mga tiyak na kinakailangan sa disenyo, tulad ng pag-optimize sa bilis, ingay o pagsugpo sa pagkabit, o mataas na kasalukuyang / boltahe, ang lapad at uri ng bakas ay maaaring mas mahalaga kaysa sa pag-optimize ng gastos sa pagmamanupaktura ng isang hubad na PCB o ang pangkalahatang laki ng board.

Pagtukoy na nauugnay sa mga kable sa pagmamanupaktura ng PCB

Karaniwan, ang mga sumusunod na pagtutukoy na nauugnay sa mga kable ay nagsisimulang dagdagan ang gastos ng pagmamanupaktura ng hubad na PCBS.

Dahil sa mas mahigpit na pagpapaubaya ng PCB at mga kagamitan sa high-end na kinakailangan para sa pagmamanupaktura, inspeksyon o pagsubok sa PCBS, ang mga gastos ay medyo mataas:

L Ang bakas ng bakas na mas mababa sa 5 mil (0.005 in.)

L Bakas ang spacing mas mababa sa 5 mils

L Sa pamamagitan ng mga butas na mas mababa sa 8 mil ang lapad

L Ang kapal ng bakas na mas mababa sa o katumbas ng 1 onsa (katumbas ng 1.4 mils)

L Pagkakaiba ng pares at kinokontrol na haba o impedance ng mga kable

Ang mga disenyo ng high-density na pinagsasama ang pagkuha ng puwang ng PCB, tulad ng napaka makinis na spaced BGA o mataas na signal count parallel bus, ay maaaring mangailangan ng isang linya na lapad ng 2.5 mil, pati na rin ang mga espesyal na uri ng through-hole na may diameter na hanggang 6 mil, tulad tulad ng laser drilled microthrough-hole. Sa kabaligtaran, ang ilang mga disenyo na may mataas na kapangyarihan ay maaaring mangailangan ng napakalaking mga kable o eroplano, na ubusin ang buong mga layer at pagbuhos ng mga onsa na mas makapal kaysa sa pamantayan. Sa mga application na napipigilan ng kalawakan, maaaring kailanganin ng napaka manipis na mga plato na naglalaman ng maraming mga layer at isang limitadong kapal ng paghahagis ng tanso na kalahating onsa (0.7 mil ang kapal).

Sa ibang mga kaso, ang mga disenyo para sa mabilis na komunikasyon mula sa isang paligid patungo sa isa pa ay maaaring mangailangan ng mga kable na may kontroladong impedance at mga tukoy na lapad at puwang sa pagitan ng bawat isa upang mabawasan ang pagmuni-muni at inductive na pagkabit. O ang disenyo ay maaaring mangailangan ng isang tiyak na haba upang tumugma sa iba pang mga kaugnay na signal sa bus. Ang mga aplikasyon ng mataas na boltahe ay nangangailangan ng ilang mga tampok sa kaligtasan, tulad ng pagliit ng distansya sa pagitan ng dalawang nakalantad na mga signal na kaugalian upang maiwasan ang pag-arko. Anuman ang mga katangian o tampok, mahalaga ang pagsunod sa mga kahulugan, kaya’t tuklasin natin ang iba’t ibang mga application.

Iba’t ibang mga lapad at kapal ng mga kable

Karaniwang naglalaman ang PCBS ng iba’t ibang mga lapad ng linya, dahil nakasalalay ito sa mga kinakailangan sa signal (tingnan ang Larawan 1). Ang pinakitang mga bakas na ipinakita ay para sa mga pangkalahatang-layunin na TTL (transistor-transistor lohika) mga signal ng antas at walang mga espesyal na kinakailangan para sa mataas na kasalukuyang o proteksyon sa ingay.

Ito ang magiging pinakakaraniwang mga uri ng mga kable sa pisara.

Ang mas makapal na mga kable ay na-optimize para sa kasalukuyang kapasidad ng pagdadala at maaaring magamit para sa mga peripheral o pag-andar na nauugnay sa lakas na nangangailangan ng mas mataas na lakas, tulad ng mga tagahanga, motor, at regular na paglipat ng kuryente sa mga mas mababang antas ng mga bahagi. Ang itaas na kaliwang bahagi ng pigura ay nagpapakita pa rin ng isang kaugalian na signal (USB high-speed) na tumutukoy sa isang tukoy na spacing at lapad upang matugunan ang mga kinakailangan sa impedance na 90 ω. Ipinapakita ng Larawan 2 ang isang bahagyang mas siksik na circuit board na may anim na layer at nangangailangan ng isang BGA (ball grid array) na pagpupulong na nangangailangan ng mas pinong mga kable.

Paano makalkula ang lapad ng linya ng PCB?

Hakbang natin sa proseso ng pagkalkula ng isang tiyak na lapad ng bakas para sa isang signal ng kuryente na naglilipat ng kasalukuyang mula sa isang sangkap ng kuryente patungo sa isang peripheral na aparato. Sa halimbawang ito, makakalkula namin ang minimum na lapad ng linya ng daanan ng kuryente para sa isang motor na DC. Ang landas ng kuryente ay nagsisimula sa piyus, tumatawid sa H-tulay (ang sangkap na ginamit upang pamahalaan ang paghahatid ng kuryente sa paglipat ng motor DC, at natatapos sa konektor ng motor. Ang average na tuluy-tuloy na maximum na kasalukuyang kinakailangan ng isang DC motor ay tungkol sa 2 amperes.

Ngayon, ang mga kable ng PCB ay gumaganap bilang isang risistor, at kung mas mahaba at mas makitid ang mga kable, mas maraming pagdaragdag ang idinagdag. Kung ang mga kable ay hindi natukoy nang tama, ang mataas na kasalukuyang ay maaaring makapinsala sa mga kable at / o maging sanhi ng isang makabuluhang pagbagsak ng boltahe sa motor (na nagreresulta sa nabawasan na bilis). Ang NetC21_2 na ipinakita sa Larawan 3 ay halos 0.8 pulgada ang haba at kailangang magdala ng maximum na kasalukuyang 2 amperes. Kung ipinapalagay namin ang ilang mga pangkalahatang kondisyon, tulad ng 1 onsa ng pagbuhos ng tanso at temperatura ng kuwarto sa panahon ng normal na operasyon, kailangan nating kalkulahin ang minimum na lapad ng linya at ang inaasahang pagbaba ng presyon sa lapad na iyon.

Paano makalkula ang paglaban ng mga kable ng PCB?

Ang sumusunod na equation ay ginagamit para sa trace area:

Area [Mils ²] = (kasalukuyang [Amps] / (K * (Temp_Rise [° C]) ^ b)) ^ (1 / C), na sumusunod sa pamantayang panlabas na layer ng IPC (o tuktok / ibaba) na pamantayan, k = 0.048, b = 0.44, C = 0.725. Tandaan na ang variable lamang na kailangan talaga nating isingit ay kasalukuyang.

Ang paggamit ng rehiyon na ito sa sumusunod na equation ay magbibigay sa amin ng kinakailangang lapad na nagsasabi sa amin ng lapad ng linya na kinakailangan upang dalhin ang kasalukuyang walang anumang mga potensyal na problema:

Lapad [Mils] = lugar [Mils ^ 2] / (kapal [oz] * 1.378 [mils / oz]), kung saan ang 1.378 ay nauugnay sa karaniwang 1 oz na pagbuhos ng kapal.

Sa pamamagitan ng pagpasok ng 2 amperes ng kasalukuyang sa pagkalkula sa itaas, nakakakuha kami ng isang minimum na 30 mils ng mga kable.

Ngunit hindi nito sinasabi sa amin kung ano ang magiging drop ng boltahe. Ito ay mas kasangkot dahil kailangan nitong kalkulahin ang paglaban ng kawad, na maaaring gawin ayon sa pormulang ipinakita sa Larawan 4.

Sa pormulang ito, ρ = resistivity ng tanso, α = temperatura coefficient ng tanso, T = trace kapal, W = trace lapad, L = trace haba, T = temperatura. Kung ang lahat ng mga nauugnay na halaga ay ipinasok sa isang 0.8 “haba ng 30mil na lapad, nalaman namin na ang pagtutol ng mga kable ay tungkol sa 0.03? At binabaan nito ang boltahe ng halos 26mV, na mainam para sa application na ito. Nakakatulong malaman kung ano ang nakakaapekto sa mga halagang ito.

PCB cable spacing at haba

Para sa mga digital na disenyo na may mabilis na komunikasyon, maaaring kailanganin ang tiyak na spacing at naayos na haba upang ma-minimize ang crosstalk, pagkabit, at pagsasalamin. Para sa hangaring ito, ang ilang mga karaniwang aplikasyon ay batay sa USB na serial kaugalian signal at batay sa RAM na parallel na mga signal na kaugalian. Karaniwan, mangangailangan ang USB 2.0 ng kaugalian na pagruruta sa 480Mbit / s (USB high speed class) o mas mataas. Ito ay bahagyang dahil ang mataas na bilis na USB ay karaniwang nagpapatakbo ng mas mababang mga boltahe at pagkakaiba, na dinadala ang pangkalahatang antas ng signal na malapit sa ingay sa background.

Mayroong tatlong mahahalagang bagay na dapat isaalang-alang kapag nagruruta ng mga high-speed USB cable: lapad ng kawad, spacing ng tingga, at haba ng cable.

Ang lahat ng ito ay mahalaga, ngunit ang pinaka-kritikal sa tatlo ay upang matiyak na ang haba ng dalawang linya ay tumutugma hangga’t maaari. Bilang isang pangkalahatang tuntunin ng hinlalaki, kung ang haba ng mga kable ay magkakaiba sa bawat isa nang hindi hihigit sa 50 mils (para sa matulin na USB), makabuluhang pinapataas nito ang peligro ng pagsasalamin, na maaaring magresulta sa hindi magandang komunikasyon. Ang 90 ohm na pagtutugma sa impedance ay isang pangkalahatang detalye para sa mga kable ng pagkakaiba sa pares. Upang makamit ang layuning ito, ang pagruruta ay dapat na na-optimize sa lapad at spacing.

Ipinapakita ng Larawan 5 ang isang halimbawa ng isang pares na kaugalian para sa mga kable na mataas na bilis na mga interface ng USB na naglalaman ng 12 mil ang lapad ng mga kable sa 15 mil na agwat.

Ang mga interface para sa mga sangkap na nakabatay sa memorya na naglalaman ng mga parallel na interface (tulad ng DDR3-SDRAM) ay mas pipigilan sa mga tuntunin ng haba ng kawad. Karamihan sa mga high-end na software ng disenyo ng PCB ay magkakaroon ng mga kakayahan sa pag-aayos ng haba na na-optimize ang haba ng linya upang tumugma sa lahat ng mga nauugnay na signal sa parallel bus. Ipinapakita ng Larawan 6 ang isang halimbawa ng isang layout ng DDR3 na may mga kable ng pagsasaayos ng haba.

Mga bakas at eroplano ng pagpuno sa lupa

Ang ilang mga application na may mga bahagi na sensitibo sa ingay, tulad ng mga wireless chip o antennas, ay maaaring mangailangan ng kaunting labis na proteksyon. Ang pagdidisenyo ng mga kable at eroplano na may naka-embed na mga butas sa lupa ay maaaring lubos na makatulong na mabawasan ang pagkabit ng mga kalapit na kable o pagpili ng eroplano at mga signal na off-board na gumapang sa mga gilid ng board.

Ipinapakita ng Larawan 7 ang isang halimbawa ng isang module ng Bluetooth na nakalagay malapit sa gilid ng plato, kasama ang antena nito (sa pamamagitan ng naka-print na marka na “ANT”) sa labas ng isang makapal na linya na naglalaman ng naka-embed na through-hole na konektado sa pagbuo ng lupa. Tinutulungan nitong ihiwalay ang antena mula sa iba pang mga onboard circuit at eroplano.

Ang alternatibong pamamaraan ng pagruruta sa lupa (sa kasong ito isang polygonal na eroplano) ay maaaring magamit upang maprotektahan ang board circuit mula sa mga panlabas na signal ng wireless na off-board. Ipinapakita ng Larawan 8 ang isang PCB na sensitibo sa ingay na may grounded through-hole na naka-embed na eroplano kasama ang paligid ng board.

Pinakamahusay na kasanayan para sa mga kable ng PCB

Maraming mga kadahilanan ang tumutukoy sa mga katangian ng mga kable ng patlang ng PCB, kaya siguraduhing sundin ang mga pinakamahusay na kasanayan kapag nag-wire ang iyong susunod na PCB, at mahahanap mo ang isang balanse sa pagitan ng gastos ng PCB fab, density ng circuit, at pangkalahatang pagganap.