Що таке ширина лінії?

Почнемо з основ. Що таке ширина сліду? Чому важливо вказати певну ширину трасування? Мета Друкована плата проводка – це підключення будь -якого виду електричного сигналу (аналогового, цифрового або живлення) від одного вузла до іншого.

Вузол може бути штифтом компонента, гілкою більшої траси або площини або порожньою площадкою або тестовою точкою для зондування. Ширина слідів зазвичай вимірюється в мілі або тисячах дюймів. Стандартна ширина проводки для звичайних сигналів (без особливих вимог) може бути довжиною в кілька дюймів у діапазоні 7-12 миль, але при визначенні ширини та довжини проводки слід враховувати багато факторів.

Додаток, як правило, визначає ширину та тип проводки в конструкції друкованої плати, і в певний момент зазвичай балансує вартість виробництва друкованої плати, щільність/розмір плати та продуктивність. Якщо плата має конкретні вимоги до проектування, такі як оптимізація швидкості, придушення шуму або з’єднання або високий струм/напруга, ширина та тип слідів можуть бути важливішими, ніж оптимізація витрат на виготовлення чистої друкованої плати або загального розміру плати.

Специфікація, що стосується електропроводки у виробництві друкованих плат

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

Конструкції високої щільності, які поєднують у собі зайняття місця на друкованій платі, такі як дуже тонко розташовані BGA або паралельні шини з великою кількістю сигналів, можуть вимагати ширини лінії 2.5 mil, а також спеціальних типів наскрізних отворів діаметром до 6 mil, таких як як просвердлені лазером мікропрохідні отвори. І навпаки, для деяких конструкцій з високою потужністю може знадобитися дуже велика проводка або площини, що споживають цілі шари і виливають унції, які товщі стандартних. У місцях з обмеженим простором можуть знадобитися дуже тонкі пластини, що містять кілька шарів і обмежену товщину мідного лиття в пів унції (товщина 0.7 мілі).

В інших випадках конструкції для високошвидкісного зв’язку з периферійного пристрою на інший можуть вимагати проведення проводів з контрольованим опором та певною шириною та інтервалом між собою, щоб мінімізувати відбиття та індуктивну зв’язку. Або конструкція може вимагати певної довжини, щоб відповідати іншим відповідним сигналам у шині. Додатки високої напруги вимагають певних функцій безпеки, таких як мінімізація відстані між двома відкритими диференціальними сигналами для запобігання виникненню дуги. Незалежно від характеристик або особливостей, відстеження визначень є важливим, тому давайте вивчимо різні програми.

Різна ширина та товщина проводки

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Показані більш тонкі сліди для сигналів рівня TTL (транзистор-транзисторна логіка) загального призначення і не мають особливих вимог щодо захисту від високого струму або шуму.

Це будуть найпоширеніші типи проводів на платі.

Товща проводка оптимізована для пропускної здатності струму і може бути використана для периферійних пристроїв або функцій, пов’язаних з живленням, які потребують більшої потужності, таких як вентилятори, двигуни та звичайна передача потужності компонентам нижчого рівня. У верхній лівій частині малюнка навіть відображається диференційний сигнал (високошвидкісний USB), який визначає певний інтервал і ширину для задоволення вимог до опору 90 ω. На малюнку 2 показана дещо щільніша плата, яка має шість шарів і вимагає збірки BGA (кулькової сітки), що вимагає більш тонкої проводки.

Як розрахувати ширину лінії друкованої плати?

Давайте розглянемо процес обчислення певної ширини трасування для сигналу живлення, який передає струм від компонента живлення до периферійного пристрою. У цьому прикладі ми обчислимо мінімальну ширину лінії тракту живлення для двигуна постійного струму. Шлях живлення починається від запобіжника, перетинає H-міст (компонент, який використовується для управління передачею електроенергії через обмотки двигуна постійного струму) і закінчується біля роз’єму двигуна. Середній безперервний максимальний струм, необхідний двигуну постійного струму, становить близько 2 ампер.

Тепер проводка на друкованій платі діє як резистор, і чим довша і вужча проводка, тим більше опору додається. Якщо проводка визначена неправильно, сильний струм може пошкодити проводку та/або спричинити значне падіння напруги в двигуні (що призведе до зниження швидкості). Якщо припустити деякі загальні умови, такі як 1 унція розливу міді та кімнатна температура під час нормальної роботи, нам потрібно розрахувати мінімальну ширину трубопроводу та очікуване падіння тиску на цій ширині.

Відстань і довжина кабелю друкованої плати

Для цифрових конструкцій з високошвидкісним зв’язком можуть знадобитися певні відстані та відрегульовані довжини для мінімізації перехресних перешкод, зв’язку та відображення. Для цієї мети поширеними додатками є послідовні диференціальні сигнали на основі USB та паралельні диференціальні сигнали на основі оперативної пам’яті. Як правило, USB 2.0 вимагає диференціальної маршрутизації на 480 Мбіт/с (високошвидкісний клас USB) або вище. Частково це пояснюється тим, що високошвидкісний USB зазвичай працює при значно менших напругах і перепадах, наближаючи загальний рівень сигналу до фонового шуму.

Під час прокладання високошвидкісних кабелів USB слід враховувати три важливі речі: ширину дроту, відстань між кабелями та довжину кабелю.

Все це важливо, але найважливішим із трьох є переконатися, що довжина двох ліній максимально відповідає одна одній. 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. Відповідний опір 90 Ом – це загальна специфікація для диференціальної парної проводки. Для досягнення цієї мети маршрутизацію слід оптимізувати по ширині та інтервалу.

На малюнку 5 показаний приклад диференціальної пари для підключення високошвидкісних USB-інтерфейсів, яка містить проводку шириною 12 мільйонів з інтервалами 15 мільйонів.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Більшість високоякісних програм для проектування друкованих плат мають можливості регулювання довжини, які оптимізують довжину лінії відповідно до всіх відповідних сигналів у паралельній шині. На малюнку 6 показаний приклад компонування DDR3 з проводкою для регулювання довжини.

Сліди та площини грунтової заливки

Деякі програми з чутливими до шуму компонентами, наприклад, бездротові мікросхеми або антени, можуть вимагати додаткового захисту. Проектування електропроводки та площин із вбудованими заземлюючими отворами може значно допомогти звести до мінімуму зв’язок найближчих проводів або сигналів збору площини та сигналів поза бортом, які заповзають по краях плати.

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. Це допомагає ізолювати антену від інших бортових схем та площин.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. На малюнку 8 показана чутлива до шуму друкована плата із заземленою площиною через отвір по периферії плати.

Найкращі практики для розводки друкованої плати

Характеристики підключення поля друкованої плати визначають багато факторів, тому обов’язково дотримуйтесь найкращих практик під час підключення наступної друкованої плати, і ви знайдете баланс між вартістю фабричної плати, щільністю контуру та загальною продуктивністю.