什么是 PCB 走线宽度？怎么计算 PCB 走线宽度？

　　一、什么是 PCB 走线宽度？
　　走线宽度在 PCB 设计中占据着举足轻重的地位。对于经常进行电路设计的人员来说，走线宽度问题是常见的挑战。一些经验不足的设计人员往往倾向于采用 PCB Layout 软件给出的默认走线宽度。然而，对于经验丰富的设计师而言，默认走线宽度虽有一定参考价值，但在某些情况下，尤其是针对电源和接地连接，可能会显得过窄。
　　二、什么是走线？
　　PCB 走线是铺设在非导电或隔离基材上的细导电铜线，其作用是将信号和电源传输至整个电路。这些铜走线具有特定的宽度，即我们所说的走线宽度，同时还具有特定的高度或厚度。通常，PCB 铜层的厚度是固定的，由 PCB 制造公司的规格决定。典型的 PCB 中，常见的铜厚度为 35?m，相当于 1oz/sqr ft。在设计过程中，我们主要能够控制的就是走线的宽度。大多数制造商规定的走线宽度为 6mil（0.152mm），这主要是受蚀刻工艺和目标产量的限制。不过，为了保证一定的公差，通常会使用 0.254 - 0.3 毫米的走线。
　　三、哪些因素对走线宽度至关重要？
　　信号走线：信号走线主要用于传输数据。在数字或模拟信号的简单 PCB 设计中，不同的走线宽度影响相对较小，但在射频 / 模拟和高速数字设计中却至关重要。因为在这类设计中，走线阻抗是需要重点考虑的因素，且走线宽度与阻抗呈反比关系。
　　电源走线
　　电流承载能力：这是使用不同走线宽度的首要原因。导体宽度与载流能力的关系较为简单，走线的横截面积和允许的温升决定了其能够承载的电流量，而走线的横截面与铜厚度和走线宽度成正比。当通过走线的电流增加时，温度也会随之升高，此时增加走线宽度是应对温度升高的有效方法。IPC - 2152 标准是确定迹线宽度的重要参考，它通过经验数据生成表格，用于计算给定温升下的电流限制。不过，对于 PCB 叠层中的无限变量，需要借助仿真来分析 PCB，以准确测量电流密度和温升，但对于大多数典型电路板，IPC 表已足够。
　　走线阻抗：高速电路往往对特定的间距和阻抗有要求，以减少串扰、耦合和反射。对于如 RF / 模拟迹线和高速迹线等敏感数据线，必须进行计算。在高频信号（如 GHz 频段）中，PCB 走线的作用不再仅仅是简单的连接，每条铜走线都具有一定的串联电感和内阻，在高速设计中，走线电感、铜表面粗糙度以及集肤效应会更加明显，可能影响电路板性能。此外，每条信号走线在其返回路径和附近的其他走线之间都存在一定的电容值。
　　直线宽度和信号反射：信号反射是高性能电子电路设计中的常见问题，它会导致信号失真和振荡。PCB 中的信号反射很大程度上取决于走线的形状和路线，当走线改变方向、形状或与组件接口时，会产生走线不连续性。例如，走线弯曲 90° 时，走线宽度会变为实际宽度的 1.414 倍，这种变化会导致阻抗改变，进而引发信号反射。的 PCB 设计师通常会避免急剧弯曲和不均匀的走线宽度，因为这些因素会使系统整体性能下降，还可能导致串扰。在确定走线宽度时，还需要考虑走线载流能力、迹线连接组件焊盘的间距和尺寸以及痕迹之间的差距等因素，同时也要注意走线之间的间距，以防止短路并确保正常功能。
　　四、怎么计算 PCB 走线宽度？
　　使用 PCB 走线宽度计算器：通过在走线宽度计算器中输入设计规范，如流过走线的电流、路径总长度、由于走线电阻引起的温度升高等，即可自动生成走线的计算宽度，该宽度通常为所需的宽度，可确保电流安全通过而不损坏 PCB。一般情况下，内层的走线宽度会比外层更宽，因为内层更容易产生热量，而外层可通过对流散热。出于安全考虑，建议在整个 PCB 中使用内部走线宽度。
　　使用方程式
　　PCB 走线宽度表：PCB 走线宽度表可帮助我们确定走线宽度，同时了解载流能力和温升的影响。
　　PCB 走线宽度公式：根据 IPC 2221 的定义，可使用公式 I = k * ΔT^0.44 * A^0.725 计算通过走线的允许电流，其中 I 代表电流，ΔT 是温度变化，A 是走线的截面积。通过重新排列公式，可导出迹线宽度。宽度 [mils] = 面积 [mils^2] / (厚度 [oz] * 1.378 [mils/oz])，该公式适用于 0 到 35A 的电流，允许温度从 10℃上升到 100℃，可容纳 400 密耳的迹线宽度，铜值范围为 0.5 至 3 盎司。需要注意的是，使用该公式无法计算电压降，因为需要结合走线的电路进行计算。
　　五、怎么计算 PCB 走线电路？
　　对于包含敏感元件（如无线芯片或天线）的电路，可通过在走线之间嵌入接地过孔来减少外部噪声的影响，降低对额外保护的需求。PCB 上铜走线的尺寸和形状直接影响电路板的尺寸、成本和性能，因此 PCB 走线宽度至关重要。传输功率信号的走线由于电流要求较高，需要更宽的宽度，且走线宽度与走线阻抗成反比。此外，走线的形状也会影响信号反射，不对称的走线尺寸和急转弯会导致信号反射和失真。在多层 PCB 中，电源信号走线通常放置在表层以利于散热，数据信号走线则放置在内部层以防止 EMI 和环境噪声。以直流电机电源路径为例，计算用于直流电机的电源路径的走线宽度时，需要考虑走线长度、电流以及可能产生的电压降等因素。如果走线定义不当，大电流可能会损坏走线或导致电机速度变慢。
　　六、PCB 走线宽度在布局中的作用
　　PCB 走线宽度对印刷电路板的电气性能有着重要影响，主要体现在以下几个方面：
　　信号完整性：合理使用不同的走线宽度可以有效提高信号完整性，控制信号干扰、串扰和电磁干扰等问题。
　　受控阻抗布线：对于某些高速信号，需要以特定的宽度进行布线，以实现阻抗控制。走线宽度的计算需要考虑电路板的介电材料、与其他信号的间距以及铜重等因素。
　　微带线和带状线：敏感的高速传输线需要与参考地平面耦合，以屏蔽走线。带状线是指夹在两个地平面之间的内部布线层，微带配置则是指电路板外部的走线及其下方的相邻平面。
　　模拟路由：模拟信号需要短而直接的走线，同时增加宽度以保持低走线阻抗。在模拟电路中，应尽量减少过孔的使用。
　　电源完整性
　　短而直接的路由：保持走线短可以避免额外的噪声，圆角走线优于直角走线。
　　使用宽痕迹：为减少电感和串扰，电源布线应使用宽走线。
　　电流和热考虑：电源走线根据所传导的电流水平不同，需要考虑线路产生的热量。外层的电源跟踪可受益于空气冷却。
　　以布线高速 USB 线为例，需要考虑走线宽度、走线间距和走线长度三个重要因素，其中关键的是确保两条迹线的长度尽可能匹配，以减少反射风险。对于包含并行接口的基于内存的组件的接口，如 DDR3 - SDRAM，在走线长度方面的要求更为严格。此外，对于对噪声敏感的组件，如蓝牙模块或对噪声敏感的 PCB，可通过设计带有嵌入式接地过孔的走线和平面来减少噪声干扰。
　　七、各种走线宽度与厚度
　　PCB 中包含各种不同的走线宽度是常见现象，这取决于信号的需求。较细的迹线通常用于通用 TTL（晶体管 - 晶体管逻辑）电平信号，对高电流或噪声保护没有特殊要求，是电路板上常见的走线类型。较粗的走线则用于需要更高功率的外围设备或与电源相关的功能，如风扇、电机等。此外，某些差分信号（如 USB 高速）需要特定的间距和宽度，以满足阻抗要求。
　　八、PCB 制造中直线宽度规范
　　在 PCB 制造过程中，一些与走线相关的规范会显著提高裸 PCB 的制造成本，例如走线宽度小于 5mils、走线间距小于 5 密耳、直径小于 8 密耳的通孔、迹线厚度薄于或厚于 1 盎司（相当于 1.4 密耳）以及差分对和受控长度或走线阻抗等。高密度设计可能需要更细的走线宽度和特殊类型的通孔，而高功率设计则可能需要非常大的走线或平面。不同的应用场景对 PCB 走线宽度有不同的要求，在设计和制造过程中需要综合考虑各种因素。
　　综上所述，PCB 走线宽度在电子设计和制造中扮演着至关重要的角色，深入了解其定义、计算方法和影响因素，对于提高电路板的性能和质量具有重要意义。在实际应用中，设计人员应根据具体的需求和场景，合理选择和控制走线宽度，以确保电路板的稳定运行。