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针对PCB的电源线宽(摘自网页),对于布线有如下要求。

(1)在有条件的情况下,尽量采用单独的电源层和地层进行供电。采用电源网络总线时,网孔越多越好,形成许多嵌套的网孔,同时总线要尽量宽,以达到均衡电流、降低噪声的目的。

(2)电源的走线不能中间细两头粗,以免在上面产生过大的压降。走线不能突然拐弯,拐弯最好采用大于90°的钝角,如果能采用圆弧形走线,电源的过孔要比普通的大一些。有条件时,在过孔处加滤波电容。

(3)对于那些特别容易产生噪声的部分,应用地线包围起来,以免产生的噪声耦合入电压。

其中(1)讲的很有道理,而(2)则是众说纷纭,有的工程师说90°的布线对噪声的抑制更好,也有说钝角、弧线等更好的。对此没有权威的测试,没有准确的说法,大多都是经验介绍(通过RFID实验经验,有时90°走线有时对信号反而有好处)。

关于PCB走线对电流大小的影响,在Layout设计中尤为重要。以下引用一段摘自《电子电路抗干扰实用技术》的原文:“由于腐铜铜箔厚度有限,在需要过较大电流的铜箔中,应考虑铜箔的载流量问题。仍以典型的0.03mm厚度为例,如果铜箔为宽W(mm),长度为L(mm)的条状导线,其电阻为0.0005×L/W欧姆。另外,铜箔的载流量还与印制电路板上安装的元件种类、数量及散热条件有关。在考虑到安全的情况下,一般可按照经验公式0.15×W(A)来计算铜箔的载流量”。

0.15×W(A)是最简单的估算,可以初略地计算出额定电流需要的线宽。当然这不是权威,只是给予了一个最基本的参考。

在印制电路板的定制中,我们最常用的1OZ铜厚即为0.035mm。由于PCB生产厂商也没有给出相关资料,所以我们不得不在浩瀚的网络中寻找资源。网上有在不同铜厚下测试的载流能力,如下表所示。

不同铜厚下测试的载流能力

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不同温度、线宽下的载流量

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关于同一铜厚1OZ(0.035mm),针对不同温度、不同线宽,所测试得到的载流量的参考表,如表所示。

总之,电源布线时,满足60%的余量最好,但一般都会最大限度也给足线宽,以满足驱动能力的最大化。

权威的《IPC-2221A》(2003年出版,《IPC-2221》由1998出版,对于PCB线路载流能力的阐述没有2003版清晰)的6.2节中有关于PCB线路载流能力的计算介绍。

简单地说,设计PCB线路时,应最先考虑线路的厚度与宽度(来满足载流能力),以及允许的最大温升。用给出的公式计算最大载流能力时,计算结果主要取决于参数k,温升及PCB线路的横截面。其中参数的定义及赋值主要如下。

(1)I为线路最大载流量,单位为A;

(2)参数k为0.024(线路在Outer Layer),或者0.048(线路在Inner Layer);

(3)A为PCB布线的横截面(单位为mil2),其铜厚1OZ即0.035mm = 1.44mil;

(4)△T为温升,经验值Outer Layer为10,Inner Layer为5。

在设计最新的EP2C8Q208C8N板卡时,1.2V内核电源线线宽为50mil,处于Bottom Layer,而PCB(印制电路板)为普通的1OZ,即1.44mil,因此最大载流能力计算为

I=k△T0.44A0.725=0.048×100.44×(1.44×50)0.725=2.9363A

事实上,EP2C8Q208C8N在电源方案设计时估算的内核功耗约为523mW,折合电流436mA,理论上足够了。该PCB的1.2V电源主线如图所示(最粗的为1.2V)。

在成本不敏感的情况下,或者DIY设计中可以设计多层PCB板,在稳定电源的同时,也降低了布线难度。笔者在本书匹配的FPGA(Cyclone IV FPGA)套件设计中采用的也是4层板的设计,其中包括完整的地层与完整的3.3V层,剩下两层为信号线。


楼主可见

  1. shwnyoo 1#

    学习了,干货满满