什么是线宽？

让我们从基础开始。 究竟什么是走线宽度？ 为什么指定特定的走线宽度很重要？ 在我们看来， PCB 接线是将任何类型的电信号（模拟、数字或电源）从一个节点连接到另一个节点。

节点可以是组件的引脚、较大迹线或平面的分支、或用于探测的空焊盘或测试点。 走线宽度通常以密耳或千英寸为单位。 普通信号的标准布线宽度（无特殊要求）可能在 7-12 密耳范围内有几英寸长，但在定义布线宽度和长度时应考虑许多因素。

应用程序通常会影响 PCB 设计中的布线宽度和布线类型，并且在某些时候通常会平衡 PCB 制造成本、电路板密度/尺寸和性能。 如果电路板有特定的设计要求，例如速度优化、噪声或耦合抑制或高电流/电压，则走线的宽度和类型可能比优化裸 PCB 的制造成本或整个电路板尺寸更重要。

PCB制造中与布线相关的规范

通常，以下与布线相关的规范开始增加制造裸 PCBS 的成本。

由于更严格的 PCB 公差和 PCBS 制造、检验或测试所需的高端设备，成本变得相当高：

L 走线宽度小于 5 mil (0.005 in.)

L 走线间距小于 5 mils

L 直径小于 8 mil 的通孔

L 走线厚度小于或等于 1 盎司（等于 1.4 密耳）

L 差分对和受控长度或布线阻抗

结合 PCB 空间占用的高密度设计，例如间隔非常细的 BGA 或高信号数并行总线，可能需要 2.5 mil 的线宽，以及直径高达 6 mil 的特殊类型的通孔，例如如激光钻孔微通孔。 相反，一些高功率设计可能需要非常大的布线或平面，消耗整个层并注入比标准更厚的盎司。 在空间受限的应用中，可能需要包含多层的非常薄的板和半盎司（0.7 密耳厚度）的有限铜铸件厚度。

在其他情况下，从一个外围设备到另一个外围设备的高速通信设计可能需要具有受控阻抗和特定宽度和彼此之间的间距的布线，以最大限度地减少反射和电感耦合。 或者设计可能需要一定的长度来匹配总线中的其他相关信号。 高压应用需要某些安全功能，例如尽量减少两个暴露的差分信号之间的距离以防止电弧放电。 无论特征或特性如何，跟踪定义都很重要，因此让我们探索各种应用程序。

各种布线宽度和厚度

PCBS 通常包含多种线宽，因为它们取决于信号要求（见图 1）。 所示的更细的走线是针对通用 TTL（晶体管-晶体管逻辑）电平信号，对大电流或噪声保护没有特殊要求。

这些将是板上最常见的接线类型。

较粗的布线已针对载流能力进行了优化，可用于需要更高功率的外围设备或与电源相关的功能，例如风扇、电机和常规功率传输到较低级别的组件。 图中左上部分甚至显示了一个差分信号（USB 高速），它定义了特定的间距和宽度，以满足 90 ω 的阻抗要求。 图 2 显示了一个稍微密集的电路板，它有六层，需要一个需要更精细布线的 BGA（球栅阵列）组件。

PCB线宽如何计算？

让我们逐步完成为将电流从电源组件传输到外围设备的电源信号计算特定走线宽度的过程。 在本例中，我们将计算直流电机电源路径的最小线宽。 电源路径从保险丝开始，穿过 H 桥（用于管理跨直流电机绕组的电力传输的组件），并在电机的连接器处终止。 直流电机所需的平均连续最大电流约为 2 安培。

现在，PCB布线充当电阻器，布线越长越窄，增加的电阻越大。 如果接线定义不正确，高电流可能会损坏接线和/或导致电机电压显着下降（导致速度降低）。 图 21 所示的 NetC2_3 长约 0.8 英寸，需要承载的最大电流为 2 安培。 如果我们假设一些一般条件，例如 1 盎司的铜浇注和正常运行时的室温，我们需要计算最小线宽和该宽度下的预期压降。

PCB布线电阻如何计算？

以下等式用于跟踪面积：

面积 [Mils ²] = (current [Amps] / (K * (Temp_Rise [°C]) ^ b)) ^ (1 / C)，遵循 IPC 外层（或顶部/底部）标准，k = 0.048， b = 0.44，C = 0.725。 请注意，我们真正需要插入的唯一变量是当前变量。

在下面的等式中使用这个区域将为我们提供必要的宽度，告诉我们承载电流所需的线宽，而不会出现任何潜在问题：

宽度 [Mils] = 面积 [Mils ^ 2] /（厚度 [oz] * 1.378 [mils/oz]），其中 1.378 与标准的 1 盎司浇注厚度有关。

通过在上述计算中插入 2 安培的电流，我们得到最少 30 密耳的接线。

但这并不能告诉我们电压降会是多少。 这个比较复杂，因为需要计算导线的电阻，可以按照图4所示的公式来计算。

在这个公式中，ρ=铜的电阻率，α=铜的温度系数，T=走线厚度，W=走线宽度，L=走线长度，T=温度。 如果将所有相关值插入一个0.8英寸长30mils宽，我们发现布线电阻约为0.03？ 它降低了大约 26mV 的电压，这对于这个应用来说是很好的。 了解影响这些值的因素会很有帮助。

PCB电缆间距和长度

对于具有高速通信的数字设计，可能需要特定的间距和调整的长度，以最大限度地减少串扰、耦合和反射。 为此，一些常见的应用是基于 USB 的串行差分信号和基于 RAM 的并行差分信号。 通常，USB 2.0 需要 480Mbit/s（USB 高速等级）或更高的差分路由。 这部分是因为高速 USB 通常在低得多的电压和差异下运行，从而使整体信号电平更接近于背景噪声。

布线高速 USB 电缆时需要考虑三个重要事项：线宽、引线间距和电缆长度。

所有这些都很重要，但三者中最关键的是确保两条线的长度尽可能匹配。 作为一般经验法则，如果电缆的长度相差不超过 50 密耳（对于高速 USB），这会显着增加反射的风险，这可能会导致通信不良。 90 欧姆匹配阻抗是差分对布线的通用规范。 为实现这一目标，应在宽度和间距上优化布线。

图 5 显示了用于连接高速 USB 接口的差分对示例，其中包含 12 mil 间隔的 15 mil 宽布线。

包含并行接口（如 DDR3-SDRAM）的基于内存的组件的接口在导线长度方面将受到更多限制。 大多数高端 PCB 设计软件都具有长度调整功能，可优化线路长度以匹配并行总线中的所有相关信号。 图 6 显示了带有长度调整布线的 DDR3 布局示例。

填土的痕迹和平面

一些带有噪声敏感元件的应用，例如无线芯片或天线，可能需要一些额外的保护。 设计带有嵌入式接地孔的布线和平面可以极大地帮助最大限度地减少附近布线或平面拾取以及爬入电路板边缘的板外信号的耦合。

图 7 显示了放置在板边缘附近的蓝牙模块的示例，其天线（通过丝网印刷的“ANT”标记）位于粗线外，其中包含连接到地层的嵌入式通孔。 这有助于将天线与其他板载电路和平面隔离。

这种通过接地（在这种情况下为多边形平面）的替代布线方法可用于保护电路板电路免受外部板外无线信号的影响。 图 8 显示了一个噪声敏感 PCB，沿电路板外围有一个接地的通孔嵌入平面。

PCB布线的最佳实践

许多因素决定了 PCB 领域的布线特性，因此在为下一个 PCB 布线时一定要遵循最佳实践，您会在 PCB 制造成本、电路密度和整体性能之间找到平衡。