← Wiki · Pojem

Šířka spojů a stejné délky

Jak široký musí být spoj pro svůj proud (IPC-2221), proč zem chce rozlitou měď a které páry, třeba USB D+ a D-, mají mít stejnou délku.

Co to je#

Spoj je tenký pásek mědi a měď má odpor. Proud, který jím teče, se mění v teplo, takže spoj s větším proudem musí být širší. Signály nevedou skoro nic; napájení pro LED pásek nebo motor vede ampéry.

Pravidla od oka#

  • Signály: 0.2–0.25 mm. Užší jde, ale hůř se pájí i opravuje.
  • Napájení: dimenzujte podle proudu z tabulky níže. PCB Canvas navrhuje pro napájení nejméně 0.3 mm, i když vzorec dovolí méně: úbytek napětí zůstane malý a spoj přežije opravy.
  • GND: rozlitá zem na obou vrstvách je lepší než jakýkoli spoj.
  • Nikdy pod minimum výrobce: JLCPCB vyrobí 0.10 mm a standardní cena platí od 0.127 mm (Nastavení desky → Pravidla).

Tabulka IPC-2221#

IPC-2221 dává do vztahu proud, oteplení a průřez mědi: I = k · ΔT^0.44 · A^0.725, kde I je v ampérech, ΔT ve °C, A ve čtverečních milech, k = 0.048 pro spoje nahoře a dole a 0.024 pro vnitřní vrstvy. Měď o hmotnosti jedné unce je silná 35 µm. Šířky níže platí pro vnější spoje:

Proud 1 oz, +10 °C 1 oz, +20 °C 2 oz, +10 °C
0.5 A 0.12 mm 0.08 mm 0.06 mm
1 A 0.30 mm 0.20 mm 0.15 mm
1.5 A 0.53 mm 0.35 mm 0.26 mm
2 A 0.78 mm 0.51 mm 0.39 mm
3 A 1.37 mm 0.90 mm 0.68 mm
5 A 2.77 mm 1.82 mm 1.38 mm

Oteplení o 10 °C je mírné; návrhy s ním počítají. Vnitřní vrstvy 4vrstvé desky chladí hůř a potřebují asi 2.6krát větší šířku. Záložka Proud v Nastavení desky spočítá jakýkoli jiný případ.

Kolik proudu?#

„Navrhnout třídy sítí“ (Nastavení desky → Třídy sítí, a samo po Aktualizovat DPS) proud odhadne podle součástek na každé síti a ukáže, proč:

  • USB-C VBUS: 1.5 A. Obyčejný port USB 2.0 dá 0.5 A; pojistka na síti omezí odhad na svou hodnotu.
  • Napájecí konektor: 2 A. Lineární regulátor: 0.5 A. Spínaný měnič: 2 A, i na spínacím uzlu a za cívkou.
  • Napájení modulu ESP32: 0.5 A kvůli špičkám Wi-Fi.
  • Výstupy s MOSFETy a konektory LED pásků: vaše nastavení zátěže (výchozí 2 A). Napájení pro čtyři výstupy po 2 A vede 8 A.
  • GND: největší proud napájení, který se jí vrací.

Příklady: deska s USB-C a pojistkou 500 mA potřebuje na VBUS jen 0.3 mm. Pásek 60 LED WS2812B odebere při plné bílé až 2.2 A, takže jeho spoj 5V chce 0.8 mm. Čtyři výstupy po 2 A na 12V potřebují 5.3 mm, což je snazší jako rozlitá měď.

Návrhy nikdy síť nezúží a nikdy nezmění třídu, kterou jste vytvořili. Použít je jeden krok zpět.

Ukázkový obvod: LED pásek na J3: STRIP_DIN prozradí pásek, takže 5V a GND dostanou šířku pro vaše nastavení zátěže, 0.8 mm pro 2 A.
LED pásek na J3: STRIP_DIN prozradí pásek, takže 5V a GND dostanou šířku pro vaše nastavení zátěže, 0.8 mm pro 2 A. Ukázku screw_terminal_strip z této stránky otevřete v PCB Canvas: „Vložit do mého schématu“.

Spoje stejné délky#

Některé signály cestují v páru, jeden zrcadlem druhého. Přijímač sleduje rozdíl, takže oba mají dorazit současně a vést vedle sebe. PCB Canvas je najde podle názvů pinů a sítí a řekne vám to v inspektoru, v nápovědě nástroje Spoj a po vedení spojů jako varování DRC:

Pár Jak se najde Varování nad
USB D+/D- piny D+/D-, DP/DM, sítě USB_DP/USB_DN 0.5 mm
CAN H/L sítě CANH/CANL 5 mm
Jiné diferenciální páry sítě končící na _P/_N nebo +/- 0.5 mm

USB: na čem opravdu záleží#

  • Full speed (12 Mbit/s), který používají ESP32-C3, ESP32-S3 a RP2040, je shovívavý: hrany jsou pomalé proti pár milimetrům spoje. Držte D+ a D- u sebe a krátké; varování při 0.5 mm je dobrý zvyk, ne tvrdá mez.
  • High speed (480 Mbit/s) chce diferenciální impedanci 90 Ω (±15 %) a stejné délky. TI žádá rozdíl pod 1.27 mm (50 mil); Renesas dovolí 2.5 mm.
  • Upřímně: na 2vrstvé desce 1.6 mm je zem daleko pod spoji, takže 90 Ω vyžaduje geometrii, kterou pady konektoru USB nedovolí. Amatérská deska ji přesně netrefí. Krátké spoje, žádné via, souvislá rozlitá zem pod párem a stejné délky jsou to, co udělat můžete, a pro full speed to funguje.
Ukázkový obvod: USB_DP a USB_DN vedou ochranou proti ESD vedle sebe; po vedení spojů DRC varuje, když se jejich délky liší o víc než 0.5 mm.
USB_DP a USB_DN vedou ochranou proti ESD vedle sebe; po vedení spojů DRC varuje, když se jejich délky liší o víc než 0.5 mm. Ukázku usb_esd z této stránky otevřete v PCB Canvas: „Vložit do mého schématu“.

Úskalí#

  • Tenké napájecí spoje. Hřejí se a napětí na nich klesá: vzdálený regulátor dostane méně, než by měl.
  • Via na napájení. Jedno malé via unese zhruba tolik co úzký spoj; pro ampér a víc jich dejte dvě a víc.
  • Rozdělený pár. Když D+ vede kolem součástky z jedné strany a D- z druhé, vznikne smyčka, která chytá rušení.

Zdroje#

  • IPC-2221B, Generic Standard on Printed Board Design, oddíl 6.2 a graf proudu (vzorec je proložení křivky, které používají běžné kalkulačky).
  • JLCPCB PCB capabilities (jlcpcb.com/capabilities/pcb-capabilities): nejmenší spoj a mezera.
  • Specifikace USB Type-C: výchozí napájení USB 2.0 500 mA, proud Type-C 1.5 A a 3 A.
  • Datasheet TI TUSB4041, pokyny k návrhu: rozdíl délek páru USB 2.0 pod 50 mil. Datasheet TI BQ24392: diferenciálně 90 Ω ±15 %.
  • Renesas RZ/A1, pokyny k návrhu desek pro high-speed USB 2.0: rozdíl délek D+/D- nejvýš 2.5 mm.