Domanda:
PCB 90 degree angles
inbinder
2016-04-05 20:46:27 UTC
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Non un doppio di cui si occupa a malapena delle ragioni tecniche a favore o contro l'utilizzo di percorsi a 90 gradi.

Come hobbista che si iscrive a un programma EE in autunno, dovrei prendere l'abitudine di evitare angoli retti nel layout PCB? È sempre una best practice o qualcosa che richiedono solo gli scenari RF o ad alta velocità?

Oltre a ragioni meccaniche o estetiche, ci sono ragioni per cui vorresti usare angoli di 90 gradi?

Sei risposte:
metacollin
2016-04-06 08:54:13 UTC
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EDIT: Ho dimenticato un caso in cui gli angoli a 90 gradi SONO pessimi: PCB ad alta tensione. Questo non ha nulla a che fare con la riflessione o la radiazione, ma il modo in cui qualsiasi forma tagliente concentrerà l'alto campo elettrico e renderà più probabile una rottura dielettrica e un arco. Questo può essere sfruttato per gli spinterometri PCB, ma altrimenti si dovrebbero evitare angoli retti su un PCB ad alta tensione, 1kV +. E si dovrebbero usare pad arrotondati per tutto, anche per resistori / condensatori SMD. Evita il più possibile forme affilate in rame.

No, non c'è motivo di preferire angoli 45 rispetto ad angoli retti. Lo dirò in modo definitivo: le altre risposte che affermano che gli angoli retti causano più EMI sono dimostrabilmente false. Questa non è una sorta di sconosciuta teorica che può essere discussa. Possiamo misurare l'EMI irradiato da varie forme di traccia e abbiamo e gli angoli retti non irradiano più di 45 gradi. Evoca altrettanti motivi teorici per cui gli angoli retti dovrebbero essere dannosi per l'EMI, ma non contano. La semplice realtà empirica della situazione è che non lo fanno, e ciò che "dovrebbero" fare non lo cambierà. In effetti, questo è vero anche a frequenze molto alte, di cui parlerò più avanti in questo post. Se sbaglio, con tutti i mezzi, mostrami le misurazioni che dimostrano che gli angoli di 90 gradi sono peggiori. O meglio ancora, se c'è una differenza misurabile, sicuramente sarebbe semplice costruire un misuratore che possa determinare se una traccia avesse un angolo retto o un angolo di 45 gradi interamente eseguendo misurazioni sull'ingresso e sull'uscita. O raccogliendo l'EMI. Mangerò le mie parole se qualcuno può costruire un metro per farlo.

Sono abbastanza sicuro che nessuno lo farà, perché non c'è alcuna differenza misurabile nell'EMI o nella riflessione a frequenze che consentono anche angoli di 45 (o 90) gradi in primo luogo.

App note

Ci sono ovviamente altre ragioni senza senso che vengono fornite. L'incisione e gli angoli retti erano sempre e solo un problema prima che qualcuno usasse tracce di angoli di 45 gradi e invece stendesse a mano le tavole usando il rubylith. I processi sono migliorati abbastanza che tali preoccupazioni non sono state preoccupazioni per almeno 3 decenni. Se ci fosse qualche problema relativo all'incisione, faresti meglio a dire a tutte quelle schede con pad QFN con passo quadrato da 0,5 o 0,4 mm che non possono continuare a utilizzare quelle parti, poiché apparentemente i nostri processi di incisione su PCB altererebbero completamente la forma di quei pad. Almeno, se si vuole credere ad alcune delle altre risposte in questo thread. Naturalmente, anche l'argomento dell'incisione è ovviamente una sciocchezza, e devi guardare tutti i minuscoli blocchi quadrati incisi tutto il tempo con angoli perfettamente acuti per capire che non ha senso.

Quello che mi preoccupa è che nessuno si pone l'unica domanda che dovremmo porci: Perché vengono utilizzate tracce a 45 gradi?

La risposta è un po 'anti-climatica: la tradizione. Almeno, quando viene utilizzato senza una ragione valida e razionale. Puoi tracciare più tracce nello stesso spazio usando angoli di 45 gradi, semplicemente perché gli angoli occupano più spazio (radice quadrata di due e tutto il resto). Quindi utilizzarli è perfettamente valido in molte situazioni di routing. Ma non c'è motivo di usarli preferenzialmente su angoli retti, quindi dovresti prendere l'abitudine di usare qualunque cosa sembri la soluzione migliore per quella traccia molto specifica. Se vuoi essere bravo a instradare le schede, un ottimo modo per assicurarti che ciò non accada mai è applicare regole di progettazione arbitrarie su te stesso che non danno alcun vantaggio. È solo scegliere di limitare le tue strategie di routing senza motivo.

Le persone potrebbero dubitare delle mie argomentazioni tradizionali, ma io ne porto prove concrete. Ho molti circuiti stampati che vanno dagli anni '60 ai giorni nostri, ed è chiaro che le tracce di angoli di 45 gradi sono poco più che un artefatto del software EDA che entra in scena e impone limitazioni arbitrarie (8 possibili angoli di instradamento .. . i computer hanno faticato a fare anche la semplice grafica vettoriale in quel momento, questo ha reso le cose più facili).

Per prima cosa, ecco una scheda per un filtro di frequenza per un vecchio sintetizzatore HP. Questo produceva molte frequenze RF e utilizzava miliardi di filtri di ordine, 24 dei quali trasportavano tutti un multiplo di 10MHz. Questo era un pezzo di attrezzatura di prova HP, intendiamoci, questo era lo stato dell'arte. È stato realizzato negli anni '70, quando le tavole erano ancora registrate a mano. Le schede di questa era, anche quelle RF, non usavano mai angoli di 45 gradi perché il loro uso era un vincolo artificiale dovuto a software che ancora non esisteva.

Right angles!

Capovolgiamolo ...

enter image description here

Ma anche quelli hanno un sacco di cose arrotondate ... questo era probabilmente perché mascherati con rubylith tagliato a mano. Andiamo avanti fino al 1983, quando il software EDA era molto utilizzato. All'improvviso, tutte quelle curve e angoli che andavano in qualsiasi direzione svanirono e furono usate solo 8 direzioni. Questo è interamente a causa degli strumenti del periodo, non c'erano scelte progettuali in corso qui. Nessuno ha scelto di utilizzare solo 8 direzioni, avevano solo 8 direzioni tra cui scegliere in quei primi strumenti EDA. Quello che segue è un controller di disco digitale occidentale del 1983.

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Oh mio ... è come se non gli importasse in un modo o l'altro circa angoli di traccia ad angolo retto o 45 gradi. (Suggerimento: non l'hanno fatto.) Usano entrambi con selvaggio abbandono!

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Altri primi piani ...

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Come puoi vedere, sembra che l'unica vera correlazione tra quando ne viene utilizzata una è che quando è necessaria una maggiore densità di routing, le curve a 45 gradi vengono utilizzate molto più spesso (anche se non sempre). Questa è l'unica preoccupazione che influenza davvero la scelta in curva. Altrimenti, usa quello che vuoi. Chiaramente, a questo designer non piaceva particolarmente nessuno dei due più dell'altro. Probabilmente era solito registrare le schede, ma è passato all'utilizzo di strumenti EDA. Prima non utilizzava angoli di 90 gradi O angoli di 45 gradi sulle sue tracce e non ha alcuna preferenza quando lo ha progettato.

Se stai usando FR4, gli angoli retti non contano. Per il semplice motivo che se riesci a tollerare la perdita dielettrica causata dall'FR4 sul segnale, non è abbastanza veloce perché gli angoli retti contino. Anche il Wi-Fi a 2,4 GHz ha una lunghezza d'onda di circa 5 pollici. Ovviamente non sarà influenzato in modo significativo da una funzione di ordini di grandezza inferiore alla sua lunghezza d'onda, come la forma traccia angolo. 2 giri di 45 gradi o uno di 90 gradi saranno virtualmente identici in tutto l'effetto.

E la forma non è nemmeno il fattore importante nei casi in cui gli effetti di frequenza. L'impedenza è. È necessario mantenere un'impedenza caratteristica, in modo tale che l'impedenza istantanea che il segnale vede in ogni dato passo lungo il percorso sia sempre la stessa. Sono le discontinuità che causano riflessi e radiazioni. Il modo più semplice per mantenere l'impedenza è semplicemente usare le curve, ma devono avere un raggio di curvatura almeno 3 volte la larghezza della traccia. Questo per mantenere la larghezza della traccia a un valore quasi costante, mantenendo così l'impedenza. Questo è ciò che determina la forma, ma qualsiasi strategia che mantenga l'impedenza è valida.

Un'ultima immagine, l'interno di un vecchio oscilloscopio Tektronix: enter image description here

Se è necessario angolare una traccia in modo più compatto, utilizzare un angolo di 90 gradi o due angoli di 45 gradi non è corretto. Un angolo di 90 gradi causa una discontinuità di impedenza quando la larghezza della traccia aumenta di un fattore di \ $ \ sqrt {2} \ $ all'angolo di 90 gradi, provocando un improvviso calo di impedenza. Ciò effettivamente causerà riflessi e irradierà.

Se si utilizza un angolo di 45 gradi, si causano non solo una ma due discontinuità, e sebbene individualmente non siano così gravi (ogni angolo di 45 gradi amplia la traccia di un fattore di \ $ \ sqrt {4 - \ sqrt {2}} \ $), quella differenza di circa 1,08 è ancora una variazione significativa dell'impedenza e causa riflessi e radiazioni. Solo, succede due volte, quindi otterrai più riflessioni e radiazioni sfasate. Gli angoli di 45 gradi non sono nel migliore dei casi migliori degli angoli retti proprio nei punti che presumibilmente li rendono "migliori". La semplice verità è che non c'è una vera ragione, e sostanzialmente nessuna differenza tra loro.

Quindi come si fa a mettere all'angolo correttamente una traccia quando la strategia in curva è davvero importante? In qualsiasi modo tu voglia, purché mantieni la tua impedenza. Cosa non possibile con curve a 90 o 45 gradi. È possibile mantenere l'impedenza in qualsiasi modo si desideri e, sebbene sia difficile aumentare l'impedenza per bilanciare l'ampiezza extra (e la perdita di impedenza) causata da curve a 45 o 90 gradi, è facile ridurre l'impedenza per bilanciare l'impedenza aumentata di restringendo la traccia.

Torniamo indietro per un secondo ed esaminiamo l'intera larghezza della traccia rispetto all'impedenza. Perché la larghezza della traccia ha un effetto così significativo sull'impedenza? Non è il piccolo cambiamento nella già minuscola resistenza DC, ovviamente.

È la capacità! Quelle tracce formano una piastra di un condensatore con il piano di ritorno del segnale al di sotto. Quindi, una volta che hai aggiunto un'area extra usando un angolo retto o una traccia di 45 gradi, non c'è niente che puoi fare, quella capacità extra è lì per rimanere. Tuttavia, se prendi un angolo di 90 gradi e tagli una parte dell'angolo su un lato, e in base alla costante dielettrica del substrato del tuo pcb e al suo spessore tra la traccia del segnale e il piano di ritorno , puoi calcolare esattamente quanto devi tagliare per mantenere la capacità complessiva.

E il risultato è in qualche modo ironicamente la giustapposizione di una curva di 45 e 90 gradi: enter image description here

Fondamentalmente, è un angolo di 90 gradi con un un po 'di esso è stato tagliato (squadrato) per mantenere la capacità e quindi l'impedenza. Non c'è niente di sbagliato negli angoli acuti se si tiene conto dell'impedenza. Le curve sono solo più facili, quindi le preferisco perché sono pigro. A volte però occupano troppo spazio.

Se angoli di 90 o 45 gradi è irrilevante. Puoi tracciare topologicamente e non seguire nessuna direzione se preferisci. Tutto è iniziato con una stranezza del software e si è trasformato in tradizione e persino apparentemente superstizione. Ti prometto che qualsiasi ingegnere che afferma che questo in qualche modo è importante non lo supporterà mai con dati concreti e non sarà in grado di farlo se premuto a farlo. È facile trovare prove che non importa, perché non è così. Ecco perché ho appena scattato alcune foto per dimostrare il mio punto di vista. Nelle situazioni di fascia alta è importante, qualsiasi regola pratica su un angolo sull'altro è comunque completamente inutile, poiché entrambi sono altrettanto sbagliati.

Se puoi utilizzare tracce a 45 gradi, puoi utilizzare tracce a 90 gradi senza impatto misurabile. Usa quello che ti piace o è adatto per una densità di traccia specifica. Gli ingegneri non si sono mai preoccupati e non c'è motivo per cui dovresti. Non lasciare che le risposte non supportate (sfortunatamente votate a favore come sono, nonostante siano informazioni false) ti attirano. Convalida la regola empirica che ti viene comunicata con i dati. La tradizione e la fede non hanno posto nella buona ingegneria.

Bella recensione, ma farò notare che mostrare immagini di prodotti commerciali che fanno le cose in un certo modo non costituisce la prova che non ci sia un modo migliore, ma semplicemente che ciò che hanno implementato sembra funzionare abbastanza bene.Non sono in disaccordo con quello che dici, ma il difetto logico mi dà fastidio.
Post fantastico, e vorrei che questo aiutasse a sbarazzarsi di questi antichi miti.Se hai voglia di aggiungere più informazioni potresti menzionare che sarebbe impossibile usare via e componenti montati su fori se dovessi evitare curve a 90 gradi.Qualsiasi via creerà due angoli acuti di 90 gradi nel segnale.Questo vale anche per molti connettori SMA e BNC montati su PCB.
Non ho mai progettato un pcb in vita mia (software scrub qui), ma questa è di gran lunga la risposta più interessante che ho letto su SO da molto tempo.Grazie!
Bella risposta, molto esemplificata e sembra essere coerente! Tuttavia, leggendo il tuo testo mi sono ricordato di una nota app dal Texas, che ha discusso sul layout dalla soppressione ESD.Hanno misurazioni delle emissioni che mostrano 45 gradi con prestazioni migliori di 90 gradi: http://www.ti.com/lit/an/slva680/slva680.pdf - in fondo a pagina 4. Qual è la tua opinione a riguardo?Pensi che la differenza tra 90d e 45d appaia solo nell'evento ESD estremamente alto di / dt?
Lol.Hai messo la didascalia "oh no, nascondi i tuoi figli nascondi tua moglie" su quell'immagine?
Questo collegamento contiene calcoli, formule e simulazioni per curve di traccia ad angolo per mantenere la tua impedenza: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/mitered-bends
Nathan
2016-04-06 07:06:14 UTC
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Vado controcorrente qui e ti suggerisco di leggere "Giusto la prima volta" di Lee W. Ritchey. http://www.thehighspeeddesignbook.com/

Di specifico interesse è il capitolo 25, dove l'autore fa di tutto per sottolineare:

"che la regola [dell'assenza di angoli retti] è nata come risultato di una particolare figura (Figura 7- 17) che compare su una pagina particolare (pagina 144), del Motorola ECL Systems Handbook, pubblicato nel 1973. Questa figura mostra due tracce, affiancate, una con due curve ad angolo retto e l'altra con quelle curve arrotondate. Sotto quell'immagine ci sono due tracce dell'oscilloscopio. La traccia per l'esempio di piegatura ad angolo retto ha due piccoli segni al centro mentre la traccia per gli angoli arrotondati non ne ha. Ciò suggerisce che le curve ad angolo retto causano un problema. Tornando alla pagina 140 dello stesso manuale, la Figura 7-14 mostra una traccia con due curve ad angolo retto e nessun disturbo da nessuna delle curve. Sembra un conflitto. Io [Ritchey] ho chiamato l'autore per mettere in dubbio questo e mi è stato detto che la Figura 7-17 era difettosa e non avrebbe dovuto essere pubblicata! Quindi, per tutto questo tempo, gli ingegneri hanno impedito l'uso di curve ad angolo retto sulla base di dati errati. (Nota: il Manuale Motorola ECL Systems è disponibile come file PDF da On Semiconductor all'indirizzo www.onsemi.com.) "

L'autore prosegue affermando:" Le curve ad angolo retto non causano problemi di integrità del segnale a qualsiasi velocità pratica sul bordo. Anche le curve ad angolo retto non causano interferenze elettromagnetiche. Le curve ad angolo retto non sono trappole acide. Non esiste una buona ragione tecnica per impedire l'uso di curve ad angolo retto per instradare tracce in un PCB. "

Quindi da questo consiglio, da un punto di vista puramente elettrico, non c'è motivo di evitare curve a 90 gradi. Che ci siano considerazioni meccaniche come il sollevamento di tracce a temperature più elevate, ecc. È un'altra questione.

Personalmente cerco di mantenere le tracce il più corte possibile, il che di solito significa linee rette (senza curve) ove possibile. Non perdo il sonno aggiungendo curve di 90 gradi se necessario: mantenere tutto a 45 (o 135) gradi consuma molto "spazio" PCB su progetti più stretti.

rdtsc
2016-04-05 21:13:17 UTC
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In generale, più brevi sono le tracce, minore sarà la perdita e migliori saranno le cose. Gli angoli retti creano tracce più lunghe, quindi sono in genere indesiderate. Sebbene ci sia solo una minuscola differenza per la maggior parte dei circuiti di tipo hobbistico. Se stai sperimentando resistori, condensatori, 555 e 2N2222, se devi usare un angolo retto, fallo, ma non prendere l'abitudine. Come afferma JRE, sono anche difficili da incidere correttamente.

Le cose si fanno interessanti alle alte frequenze, oltre i 100 MHz circa. Man mano che la frequenza di un segnale aumenta, tutti i modi di effetti fisici (fisici) iniziano a manifestarsi e influenzare il segnale mentre viaggia (si propaga) attraverso il PCB. Poiché la frequenza è così veloce, la lunghezza d'onda è molto breve, il che significa che una traccia PCB può iniziare ad apparire abbastanza grande da essere un'antenna e irradiare potenza nello spazio libero. A frequenze ancora più alte, grandi sezioni di rame appaiono come capacità, gli angoli acuti appaiono come resistenza (tecnicamente - impedenza), gli spazi vuoti in una traccia appaiono come un filtro, anche il materiale PCB stesso influenza le cose - chiamato costante dielettrica. Questo design (intenzionale) è molto specializzato e complesso. Di solito, la maggior parte della progettazione elettronica evita questi effetti utilizzando frequenze più basse, facendo tracce PCB più brevi, ecc.

EMI è interferenza elettromagnetica, che significa la generazione o l'induzione indesiderata di segnali RF involontari. EMC (Electro-Magnetic Compliance) è il commercio di test di PCB per radiazioni indesiderate (e suscettibilità). Una carriera in EMC è quella che nasce da una profonda conoscenza di fisica, teoria RF ed elettronica.

Claudio Avi Chami
2016-04-05 20:54:21 UTC
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Dovresti sempre evitarlo. Potresti ricordare che un parafulmine ha un'estremità affilata. Il motivo è che il campo elettrico si concentra lì e lo rende "più attraente" per i fulmini rispetto ad altre superfici.

Allo stesso modo, lo spigolo vivo di un angolo di 90 gradi è negativo, possono essere generate più interferenze lì, la discontinuità dell'impedenza della linea PCB è peggiore, ecc.

Evitali assolutamente.

A frequenze e tensioni a livello di hobby, gli angoli acuti non sono certo motivo di preoccupazione.Detto questo, sono ancora d'accordo con te: è semplicemente meglio evitare del tutto gli angoli a 90 gradi.
In realtà, sembra che avere [un'estremità appuntita non sia il miglior design per i parafulmini] (https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_rod#Rounded_versus_pointed_ends).
Petrus
2016-04-06 00:35:44 UTC
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La regola su cui tutti i progettisti sarebbero d'accordo è: evitare qualsiasi angolo diverso da 45 o 90 gradi.

È vero che gli angoli retti potrebbero essere un problema per alcuni processi di produzione. Il problema sarebbe ancora più forte per gli angoli acuti, che sono fortemente sconsigliati. Tuttavia la maggior parte delle fab moderne non dovrebbe avere problemi anche con queste. Alcune informazioni correlate sulle trappole acide sono qui.

La lunghezza della traccia e soprattutto l'estetica sono fattori che favoriscono le curve a 45 gradi. Nota che è solo estetica il fatto che spiega perché non vedi curve di 55 gradi in nessuna tavola decente!

Se stavi progettando una scheda ad alta tensione dovresti probabilmente anche prestare attenzione a evitare qualsiasi angolo.

Per quanto riguarda le prestazioni RF o la compatibilità elettromagnetica (che non sono estranee), una traccia di ritorno correttamente indirizzata per la maggior parte delle tracce RF è la strada da percorrere. Tieni presente che puoi tracciare una curva microstriscia di 90 gradi senza problemi se miti correttamente il bordo esterno. Quindi questo non è un argomento a favore o contro le curve di 90 gradi.

Valentin Milev
2016-04-05 22:29:14 UTC
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Come menzionato prima, 90 gradi (e meno) non sono desiderabili per 2 motivi:

  1. Alte frequenze e alte tensioni quando il punto acuto emette elettroni.
  2. Problemi meccanici con la produzione.

Quindi tecnicamente dovrebbero essere evitati in qualsiasi condizione normale ed è una buona pratica allenarsi a progettare senza di loro. In entrambi gli angoli si utilizzano angoli di 2 x 135 gradi.

Ma:

  1. Se è possibile evitare problemi meccanici, gli angoli acuti non sono un problema (google per immagini RFID o semplicemente rimuovere delicatamente un adesivo RFID quadrato).
  2. Utilizzando poligoni a 90 gradi è possibile creare un condensatore PCB o un'antenna per le alte frequenze (google ad esempio immagini di trasmettitori a 2,4 GHz).

Quindi tutto dipende. Se sei meno esperto, evitalo come regola generale.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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