Tầm quan trọng của chiều rộng dòng PCB trong thiết kế PCB

Chiều rộng dòng là gì?

Hãy bắt đầu với những điều cơ bản. Chiều rộng vết chính xác là gì? Tại sao việc chỉ định chiều rộng vết cụ thể lại quan trọng? Mục đích của PCB dây là để kết nối bất kỳ loại tín hiệu điện nào (tương tự, kỹ thuật số hoặc nguồn) từ nút này sang nút khác.

Một nút có thể là một chốt của một thành phần, một nhánh của một vết hoặc mặt phẳng lớn hơn, hoặc một vùng trống hoặc điểm kiểm tra để thăm dò. Chiều rộng vết thường được đo bằng mils hoặc hàng nghìn inch. Chiều rộng dây tiêu chuẩn cho tín hiệu thông thường (không có yêu cầu đặc biệt) có thể dài vài inch trong phạm vi 7-12 mils, nhưng nhiều yếu tố cần được xem xét khi xác định chiều rộng và chiều dài dây.

ipcb

Ứng dụng này thường điều chỉnh độ rộng của dây dẫn và loại dây trong thiết kế PCB và tại một số điểm, thường cân bằng chi phí sản xuất PCB, mật độ / kích thước bo mạch và hiệu suất. Nếu bo mạch có các yêu cầu thiết kế cụ thể, chẳng hạn như tối ưu hóa tốc độ, triệt tiêu tiếng ồn hoặc khớp nối, hoặc dòng điện / điện áp cao, chiều rộng và loại dấu vết có thể quan trọng hơn việc tối ưu hóa chi phí sản xuất của một PCB trần hoặc kích thước tổng thể của bo mạch.

Đặc điểm kỹ thuật liên quan đến hệ thống dây điện trong sản xuất PCB

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

Các thiết kế mật độ cao kết hợp lấy không gian PCB, chẳng hạn như BGA có khoảng cách rất mịn hoặc các bus song song đếm tín hiệu cao, có thể yêu cầu chiều rộng dòng 2.5 triệu, cũng như các loại lỗ xuyên đặc biệt có đường kính lên đến 6 triệu, chẳng hạn như như các lỗ siêu nhỏ được khoan bằng laser. Ngược lại, một số thiết kế công suất cao có thể yêu cầu hệ thống dây điện hoặc mặt phẳng rất lớn, tiêu thụ toàn bộ các lớp và đổ ounce dày hơn tiêu chuẩn. Trong các ứng dụng hạn chế về không gian, có thể cần các tấm rất mỏng chứa nhiều lớp và độ dày đúc đồng giới hạn là nửa ounce (độ dày 0.7 triệu).

Trong các trường hợp khác, thiết kế cho giao tiếp tốc độ cao từ thiết bị ngoại vi này sang thiết bị ngoại vi khác có thể yêu cầu đi dây với trở kháng được kiểm soát và độ rộng và khoảng cách cụ thể giữa nhau để giảm thiểu phản xạ và ghép nối cảm ứng. Hoặc thiết kế có thể yêu cầu một độ dài nhất định để phù hợp với các tín hiệu liên quan khác trong xe buýt. Các ứng dụng điện áp cao yêu cầu một số tính năng an toàn nhất định, chẳng hạn như giảm thiểu khoảng cách giữa hai tín hiệu vi sai tiếp xúc để ngăn phóng hồ quang. Bất kể đặc điểm hoặc tính năng, định nghĩa truy tìm là quan trọng, vì vậy chúng ta hãy khám phá các ứng dụng khác nhau.

Nhiều chiều rộng và độ dày của dây

PCBS typically contain a variety of line widths, as they depend on signal requirements. Các dấu vết tốt hơn được hiển thị dành cho tín hiệu mức TTL (bóng bán dẫn-logic bóng bán dẫn) mục đích chung và không có yêu cầu đặc biệt nào đối với dòng điện cao hoặc chống nhiễu.

Đây sẽ là những loại dây thông dụng nhất trên bảng.

Hệ thống dây điện dày hơn đã được tối ưu hóa cho khả năng mang dòng điện và có thể được sử dụng cho các thiết bị ngoại vi hoặc các chức năng liên quan đến nguồn điện yêu cầu công suất cao hơn, chẳng hạn như quạt, động cơ và truyền điện thường xuyên đến các thành phần cấp thấp hơn. Phần trên bên trái của hình thậm chí còn hiển thị tín hiệu vi sai (tốc độ cao USB) xác định khoảng cách và chiều rộng cụ thể để đáp ứng các yêu cầu trở kháng 90 ω. Hình 2 cho thấy một bảng mạch dày đặc hơn một chút có sáu lớp và yêu cầu lắp ráp BGA (mảng lưới bóng) yêu cầu hệ thống dây điện tốt hơn.

Làm thế nào để tính toán chiều rộng dòng PCB?

Hãy bước qua quá trình tính toán độ rộng vết nhất định cho tín hiệu nguồn truyền dòng điện từ thành phần nguồn sang thiết bị ngoại vi. Trong ví dụ này, chúng tôi sẽ tính toán chiều rộng đường tối thiểu của đường dẫn điện cho động cơ DC. Đường dẫn điện bắt đầu từ cầu chì, đi qua cầu H (thành phần được sử dụng để quản lý truyền tải điện qua các cuộn dây của động cơ DC) và kết thúc tại đầu nối của động cơ. Dòng điện tối đa liên tục trung bình mà động cơ DC yêu cầu là khoảng 2 ampe.

Bây giờ, hệ thống dây điện PCB hoạt động như một điện trở, và hệ thống dây điện càng dài và hẹp thì càng tăng thêm nhiều điện trở. Nếu cách đấu dây không được xác định chính xác, dòng điện cao có thể làm hỏng hệ thống dây điện và / hoặc gây sụt áp đáng kể cho động cơ (dẫn đến giảm tốc độ). Nếu chúng ta giả định một số điều kiện chung, chẳng hạn như 1 ounce đồng đổ và nhiệt độ phòng trong quá trình hoạt động bình thường, chúng ta cần tính chiều rộng đường nhỏ nhất và độ sụt áp dự kiến ​​ở chiều rộng đó.

Khoảng cách và chiều dài cáp PCB

Đối với các thiết kế kỹ thuật số với truyền thông tốc độ cao, có thể yêu cầu khoảng cách cụ thể và độ dài được điều chỉnh để giảm thiểu nhiễu xuyên âm, ghép nối và phản xạ. Với mục đích này, một số ứng dụng phổ biến là tín hiệu vi sai nối tiếp dựa trên USB và tín hiệu vi sai song song dựa trên RAM. Thông thường, USB 2.0 sẽ yêu cầu định tuyến khác biệt ở 480Mbit / s (loại tốc độ cao USB) hoặc cao hơn. Điều này một phần là do USB tốc độ cao thường hoạt động ở điện áp và sự khác biệt thấp hơn nhiều, đưa mức tín hiệu tổng thể gần hơn với tiếng ồn xung quanh.

Có ba điều quan trọng cần xem xét khi định tuyến cáp USB tốc độ cao: chiều rộng dây, khoảng cách dây dẫn và chiều dài cáp.

Tất cả những điều này đều quan trọng, nhưng điều quan trọng nhất trong ba điều này là đảm bảo độ dài của hai đường thẳng khớp với nhau nhất có thể. 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. Trở kháng phù hợp 90 ohm là thông số kỹ thuật chung cho hệ thống dây cặp vi sai. Để đạt được mục tiêu này, định tuyến nên được tối ưu hóa về chiều rộng và khoảng cách.

Hình 5 cho thấy một ví dụ về một cặp vi sai để nối dây giao diện USB tốc độ cao có chứa dây rộng 12 mil trong khoảng thời gian 15 mil.

Interfaces for memory-based components that contain parallel interfaces will be more constrained in terms of wire length. Hầu hết các phần mềm thiết kế PCB cao cấp sẽ có khả năng điều chỉnh độ dài giúp tối ưu hóa độ dài đường truyền để phù hợp với tất cả các tín hiệu liên quan trong bus song song. Hình 6 cho thấy một ví dụ về cách bố trí DDR3 với hệ thống dây điều chỉnh độ dài.

Dấu vết và mặt bằng lấp đất

Một số ứng dụng có các thành phần nhạy cảm với tiếng ồn, chẳng hạn như chip không dây hoặc ăng-ten, có thể yêu cầu thêm một chút bảo vệ. Thiết kế hệ thống dây điện và mặt phẳng với các lỗ trên mặt đất nhúng có thể giúp giảm thiểu sự ghép nối của hệ thống dây điện gần đó hoặc hệ thống chọn máy bay và tín hiệu ngoài bo mạch chui vào các cạnh của bo mạch.

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. Điều này giúp cách ly ăng-ten với các mạch và mặt phẳng khác trên bo mạch.

This alternative method of routing through the ground can be used to protect the board circuit from external off-board wireless signals. Hình 8 cho thấy một PCB nhạy cảm với tiếng ồn với một mặt phẳng nhúng xuyên lỗ được nối đất dọc theo ngoại vi của bo mạch.

Thực hành tốt nhất cho hệ thống dây điện PCB

Nhiều yếu tố quyết định đặc điểm đi dây của trường PCB, vì vậy hãy đảm bảo tuân theo các phương pháp hay nhất khi đấu dây cho PCB tiếp theo của bạn và bạn sẽ tìm thấy sự cân bằng giữa chi phí PCB, mật độ mạch và hiệu suất tổng thể.