什麼是線寬？

讓我們從基礎開始。 究竟什麼是走線寬度？ 為什麼指定特定的走線寬度很重要？ 其目的 PCB 接線是將任何類型的電信號（模擬、數字或電源）從一個節點連接到另一個節點。

節點可以是組件的引腳、較大跡線或平面的分支、或用於探測的空焊盤或測試點。 走線寬度通常以密耳或千英寸為單位。 普通信號的標準佈線寬度（無特殊要求）可能在 7-12 密耳範圍內有幾英寸長，但在定義佈線寬度和長度時應考慮許多因素。

應用通常會決定 PCB 設計中的佈線寬度和佈線類型，並且在某些時候通常會平衡 PCB 製造成本、電路板密度/尺寸和性能。 如果電路板有特定的設計要求，例如速度優化、噪聲或耦合抑製或高電流/電壓，則走線的寬度和類型可能比優化裸 PCB 的製造成本或整個電路板尺寸更重要。

PCB製造中與佈線相關的規範

通常，以下與佈線相關的規範開始增加製造裸 PCBS 的成本。

由於更嚴格的 PCB 公差和 PCBS 製造、檢驗或測試所需的高端設備，成本變得相當高：

L 走線寬度小於 5 mil (0.005 in.)

L 走線間距小於 5 mils

L 直徑小於 8 mil 的通孔

L 走線厚度小於或等於 1 盎司（等於 1.4 密耳）

L 差分對和受控長度或佈線阻抗

結合 PCB 空間佔用的高密度設計，例如間隔非常細的 BGA 或高信號數並行總線，可能需要 2.5 mil 的線寬，以及直徑高達 6 mil 的特殊類型的通孔，例如如激光鑽孔微通孔。 相反，一些高功率設計可能需要非常大的佈線或平面，消耗整個層並註入比標準更厚的盎司。 在空間受限的應用中，可能需要包含多層的非常薄的板和半盎司（0.7 密耳厚度）的有限銅鑄件厚度。

在其他情況下，從一個外圍設備到另一個外圍設備的高速通信設計可能需要具有受控阻抗和特定寬度和彼此之間的間距的佈線，以最大限度地減少反射和電感耦合。 或者設計可能需要一定的長度來匹配總線中的其他相關信號。 高壓應用需要某些安全功能，例如盡量減少兩個暴露的差分信號之間的距離以防止電弧放電。 無論特徵或特性如何，跟踪定義都很重要，因此讓我們探索各種應用程序。

各種佈線寬度和厚度

PCBS 通常包含多種線寬，因為它們取決於信號要求（見圖 1）。 所示的更精細的走線用於通用 TTL（晶體管-晶體管邏輯）電平信號，對大電流或噪聲保護沒有特殊要求。

這些將是板上最常見的接線類型。

較粗的佈線已針對載流能力進行了優化，可用於需要更高功率的外圍設備或與電源相關的功能，例如風扇、電機和常規功率傳輸到較低級別的組件。 圖中左上部分甚至顯示了一個差分信號（USB 高速），它定義了特定的間距和寬度，以滿足 90 ω 的阻抗要求。 圖 2 顯示了一個稍微密集的電路板，它有六層，需要一個需要更精細佈線的 BGA（球柵陣列）組件。

PCB線寬如何計算？

讓我們逐步完成為將電流從電源組件傳輸到外圍設備的電源信號計算特定走線寬度的過程。 在本例中，我們將計算直流電機電源路徑的最小線寬。 電源路徑從保險絲開始，穿過 H 橋（用於管理跨直流電機繞組的電力傳輸的組件），並在電機的連接器處終止。 直流電機所需的平均連續最大電流約為 2 安培。

現在，PCB佈線充當電阻器，佈線越長越窄，增加的電阻越大。 如果接線定義不正確，高電流可能會損壞接線和/或導致電機電壓顯著下降（導致速度降低）。 圖 21 所示的 NetC2_3 長約 0.8 英寸，需要承載的最大電流為 2 安培。 如果我們假設一些一般條件，例如 1 盎司的銅澆注和正常運行時的室溫，我們需要計算最小線寬和該寬度下的預期壓降。

PCB佈線電阻如何計算？

以下等式用於跟踪面積：

面積 [Mils ²] = (current [Amps] / (K * (Temp_Rise [°C]) ^ b)) ^ (1 / C)，遵循 IPC 外層（或頂部/底部）標準，k = 0.048， b = 0.44，C = 0.725。 請注意，我們真正需要插入的唯一變量是當前變量。

在下面的等式中使用這個區域將為我們提供必要的寬度，告訴我們承載電流所需的線寬，而不會出現任何潛在問題：

寬度 [Mils] = 面積 [Mils ^ 2] /（厚度 [oz] * 1.378 [mils/oz]），其中 1.378 與標準的 1 盎司澆注厚度有關。

通過在上述計算中插入 2 安培的電流，我們得到最少 30 密耳的接線。

但這並不能告訴我們電壓降會是多少。 這個比較複雜，因為需要計算導線的電阻，可以按照圖4所示的公式來計算。

在這個公式中，ρ=銅的電阻率，α=銅的溫度係數，T=走線厚度，W=走線寬度，L=走線長度，T=溫度。 如果將所有相關值插入一個0.8英寸長30mils寬，我們發現佈線電阻約為0.03？ 它降低了大約 26mV 的電壓，這對於這個應用來說是很好的。 了解影響這些值的因素會很有幫助。

PCB電纜間距和長度

對於具有高速通信的數字設計，可能需要特定的間距和調整的長度，以最大限度地減少串擾、耦合和反射。 為此，一些常見的應用是基於 USB 的串行差分信號和基於 RAM 的並行差分信號。 通常，USB 2.0 需要 480Mbit/s（USB 高速等級）或更高的差分路由。 這部分是因為高速 USB 通常在低得多的電壓和差異下運行，從而使整體信號電平更接近於背景噪聲。

佈線高速 USB 電纜時需要考慮三個重要事項：線寬、引線間距和電纜長度。

所有這些都很重要，但三者中最關鍵的是確保兩條線的長度盡可能匹配。 作為一般經驗法則，如果電纜的長度相差不超過 50 密耳（對於高速 USB），這會顯著增加反射的風險，這可能會導致通信不良。 90 歐姆匹配阻抗是差分對佈線的通用規範。 為實現這一目標，應在寬度和間距上優化佈線。

圖 5 顯示了用於連接高速 USB 接口的差分對示例，其中包含 12 mil 間隔的 15 mil 寬佈線。

包含並行接口（例如 DDR3-SDRAM）的基於內存的組件的接口在導線長度方面將受到更多限制。 大多數高端 PCB 設計軟件都具有長度調整功能，可優化線路長度以匹配並行總線中的所有相關信號。 圖 6 顯示了帶有長度調整佈線的 DDR3 佈局示例。

填土的痕跡和平面

一些帶有噪聲敏感元件的應用，例如無線芯片或天線，可能需要一些額外的保護。 設計帶有嵌入式接地孔的佈線和平面可以極大地幫助最大限度地減少附近佈線或平面拾取以及爬入電路板邊緣的板外信號的耦合。

圖 7 顯示了放置在板邊緣附近的藍牙模塊的示例，其天線（通過絲網印刷的“ANT”標記）位於粗線外，其中包含連接到地層的嵌入式通孔。 這有助於將天線與其他板載電路和平面隔離。

這種通過接地（在這種情況下為多邊形平面）的替代佈線方法可用於保護電路板電路免受外部板外無線信號的影響。 圖 8 顯示了一個噪聲敏感 PCB，沿電路板外圍有一個接地的通孔嵌入平面。

PCB佈線的最佳實踐

許多因素決定了 PCB 領域的佈線特性，因此在為下一個 PCB 佈線時一定要遵循最佳實踐，您會在 PCB 製造成本、電路密度和整體性能之間找到平衡。