Question:
PCB 90 degree angles
inbinder
2016-04-05 20:46:27 UTC
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Pas une dupe dont ne s'occupe guère les raisons techniques pour ou contre l'utilisation d'itinéraires à 90 degrés.

En tant qu'amateur qui s'inscrit à un programme d'EE à l'automne, devrais-je simplement prendre l'habitude d'éviter les angles droits dans la disposition des PCB? Est-ce toujours une bonne pratique ou quelque chose que seuls les scénarios RF ou haute vitesse nécessitent?

Au-delà des raisons mécaniques ou esthétiques, y a-t-il des raisons pour lesquelles vous voudriez utiliser des angles de 90 degrés?

Six réponses:
metacollin
2016-04-06 08:54:13 UTC
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EDIT: J'ai oublié un cas où les coins à 90 degrés SONT mauvais: les circuits imprimés haute tension. Cela n'a rien à voir avec la réflexion ou le rayonnement, mais comment toute sorte de forme pointue concentrera le champ électrique élevé et rendra plus probable une panne diélectrique et un arc. Cela peut être exploité pour les éclateurs de PCB, mais sinon, il faut éviter les angles droits sur un PCB haute tension, 1 kV +. Et il faut utiliser des coussinets arrondis pour tout, même les coussinets de résistance / condensateur SMD. Évitez autant que possible les formes de cuivre pointues.

Non, il n'y a aucune raison de préférer 45 angles aux angles droits. Je vais le dire définitivement: les autres réponses affirmant que les angles droits causent plus d'EMI sont manifestement fausses. Ce n'est pas une sorte d'inconnu théorique qui peut être débattu. Nous pouvons mesurer les EMI rayonnées à partir de différentes formes de traces, et nous l'avons fait, et les angles droits ne rayonnent pas à plus de 45 degrés. Apportez autant de raisons théoriques pour lesquelles les angles droits devraient être mauvais pour EMI, mais elles n'ont pas d'importance. La simple réalité empirique de la situation est qu'ils ne le font pas, et ce qu'ils «devraient» faire ne va pas changer cela. En fait, cela est vrai même à des fréquences très élevées, ce que j'aborderai plus loin dans cet article. Si je me trompe, montrez-moi des mesures démontrant que les coins à 90 degrés sont pires. Ou mieux encore, s'il y a une différence mesurable, il serait sûrement simple de construire un compteur qui pourrait déterminer si une trace avait un angle droit ou un angle de 45 degrés entièrement en effectuant des mesures sur l'entrée et la sortie. Ou ramasser l'EMI. Je mangerai mes mots si quelqu'un peut construire un compteur pour cela.

Je suis sûr que personne ne le fera, car il n'y a pas de différence mesurable d'EMI ou de réflexion à des fréquences qui permettent même des angles de 45 (ou 90) degrés en premier lieu.

App note

Il y a bien sûr d'autres raisons insensées. La gravure et les angles droits n'ont jamais été un problème avant que quiconque n'utilise même des traces d'angle à 45 degrés et ne recolle à la main des planches en utilisant du rubylith. Les processus se sont suffisamment améliorés pour que ces préoccupations ne soient plus préoccupantes depuis au moins 3 décennies. S'il y avait un problème lié à la gravure, vous feriez mieux de dire à toutes ces cartes avec des pastilles QFN à pas carré de 0,5 ou 0,4 mm qu'elles ne peuvent pas continuer à utiliser ces pièces, car apparemment nos processus de gravure de PCB modifieraient complètement la forme de ces pastilles. Du moins, si l'on en croit certaines des autres réponses de ce fil. Bien sûr, l'argument de la gravure est également évidemment absurde, et vous devez regarder tous les minuscules tampons carrés gravés tout le temps avec des coins parfaitement nets pour comprendre que c'est un non-sens.

Ce qui me dérange, c'est que personne ne pose la seule question que nous devrions nous poser: Pourquoi utilise-t-on des traces à 45 degrés?

La réponse est un peu anti-climatique: la tradition. Du moins, quand il est utilisé sans raison valable et rationnelle. Vous pouvez acheminer plus de traces dans le même espace en utilisant des angles de 45 degrés, simplement parce que les coins prennent plus de place (racine carrée de deux et tout ça). Leur utilisation est donc parfaitement valable dans de nombreuses situations de routage. Mais il n'y a aucune raison de les utiliser de préférence sur des angles droits, vous devriez donc prendre l'habitude d'utiliser ce qui semble être la meilleure solution pour cette trace très spécifique. Si vous voulez être doué pour les cartes de routage, un excellent moyen de vous assurer que cela ne se produit jamais est de vous imposer des règles de conception arbitraires qui ne donnent aucun avantage. Il s'agit simplement de choisir de limiter vos stratégies de routage sans raison.

Les gens peuvent douter de mon argument traditionnel, mais j'en ai des preuves tangibles. J'ai beaucoup de circuits imprimés couvrant des périodes allant des années 60 à nos jours, et il est clair que les traces d'angle à 45 degrés ne sont guère plus qu'un artefact du logiciel EDA entrant sur la scène et imposant des limitations arbitraires (8 angles de routage possibles ... Les ordinateurs avaient du mal à faire des graphiques vectoriels même simples à l'époque, cela facilitait les choses).

Tout d'abord, voici une carte pour un filtre de fréquence pour un vieux synthétiseur HP. Cela a produit beaucoup de fréquences RF et utilisé des filtres d'ordre bazillion, 24 d'entre eux, tous transportant un multiple de 10 MHz. C'était une pièce d'équipement de test HP, pensez-vous, c'était l'état de l'art. Il a été fabriqué dans les années 70, à l'époque où les planches étaient encore collées à la main. Les planches de cette époque, même les RF, n'utilisaient jamais d'angles de 45 degrés car leur utilisation était une contrainte artificielle due à un logiciel qui n'existait pas encore.

Right angles!

Retournons-le ...

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Mais ceux-ci ont aussi beaucoup de choses arrondies ... c'était probablement car ils sont masqués avec du rubylithes coupés à la main. Avançons en 1983, lorsque le logiciel EDA était très utilisé. Soudainement, toutes ces courbes et ces angles allant dans n'importe quel sens ont disparu, et seules 8 directions ont été utilisées. C'est entièrement à cause des outils de l'époque, il n'y avait pas de choix de conception en cours ici. Personne n'a choisi de n'utiliser que 8 directions, ils n'avaient que 8 directions parmi lesquelles choisir dans ces premiers outils EDA. Ce qui suit est un contrôleur de disque numérique occidental de 1983.

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Oh mon Dieu ... c'est comme s'ils s'en fichaient dans un sens ou l'autre sur les coins de trace à angle droit ou à 45 degrés. (Indice: ils ne l'ont pas fait.) Ils utilisent les deux avec un abandon sauvage!

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Plus de gros plans ...

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Comme vous pouvez le voir, il semble que la seule vraie corrélation entre le moment où on est utilisé est que lorsque la densité de routage est plus élevée, les virages à 45 degrés sont utilisés beaucoup plus souvent (mais pas toujours). C'est la seule préoccupation qui influence vraiment le choix en virage. Sinon, utilisez ce que vous voulez. De toute évidence, ce designer n'aimait pas particulièrement l'un d'eux plus que l'autre. Il avait probablement l'habitude de scotcher les planches, mais est passé à l'utilisation des outils EDA. Il n'utilisait pas d'angles de 90 degrés OU d'angles de 45 degrés sur ses traces auparavant, et n'a aucune préférence quand il ou elle a conçu cela.

Si vous utilisez FR4, alors les angles droits n'ont pas d'importance. Pour la simple raison que si vous pouvez tolérer la perte diélectrique causée par FR4 sur votre signal, ce n'est pas assez rapide pour que les angles droits comptent. Même le Wifi 2,4 GHz a une longueur d'onde d'environ 5 pouces. Bien sûr, cela ne sera pas significativement affecté par une fonctionnalité d'ordres de grandeur plus petite que sa propre longueur d'onde, comme la forme tracer un coin. 2 virages à 45 degrés ou un à 90 degrés seront pratiquement identiques dans tous les effets.

Et, la forme n'est même pas le facteur important dans les cas où les effets de fréquence. L'impédance est. Vous devez maintenir une impédance caractéristique, de sorte que l'impédance instantanée que le signal voit à une étape donnée du chemin soit toujours la même. Ce sont les discontinuités qui provoquent des réflexions et des radiations. Le moyen le plus simple de maintenir l'impédance consiste simplement à utiliser des courbes, mais elles doivent avoir un rayon de courbure au moins 3 fois la largeur de la trace. Cela permet de maintenir la largeur de la trace à une valeur presque constante, maintenant ainsi l'impédance. C'est ce qui détermine la forme, mais toute stratégie qui maintient l'impédance est valide.

Une dernière image, l'intérieur d'un ancien oscilloscope Tektronix: enter image description here

Si vous avez besoin de coincer une trace de manière plus compacte, l'utilisation d'un angle de 90 degrés ou de deux angles de 45 degrés est incorrecte. Un coin de 90 degrés provoque une discontinuité d'impédance lorsque la largeur de la trace augmente d'un facteur \ $ \ sqrt {2} \ $ au coin de 90 degrés, provoquant une baisse soudaine de l'impédance. Cela va en effet provoquer des reflets et rayonner.

Si vous utilisez un angle de 45 degrés, vous ne causez pas seulement une mais deux discontinuités, et bien qu’individuellement elles ne soient pas aussi sévères (chaque angle de 45 degrés élargit la trace d’un facteur de \ $ \ sqrt {4 - \ sqrt {2}} \ $), qu'une différence d'environ 1,08 est toujours un changement d'impédance significatif, et provoque des réflexions et des radiations. Seulement, cela se produit deux fois, de sorte que vous obtiendrez plusieurs réflexions et radiations déphasées. Les angles de 45 degrés ne sont au mieux pas meilleurs que les angles droits au niveau des problèmes mêmes qui sont censés les rendre «meilleurs». La simple vérité est qu'il n'y a pas de raison réelle, et essentiellement aucune différence entre elles.

Alors, comment coincer correctement une trace lorsque la stratégie de virage compte réellement? Comme vous le souhaitez, tant que vous maintenez votre impédance. Ce qui n'est pas possible avec des virages à 90 ou 45 degrés. Vous pouvez maintenir l'impédance comme vous le souhaitez, et bien qu'il soit difficile d'augmenter l'impédance pour équilibrer la largeur supplémentaire (et la perte d'impédance) causée par un virage à 45 ou 90 degrés, il est facile de réduire l'impédance pour compenser l'augmentation de l'impédance par rétrécissant la trace.

Revenons en arrière une seconde et examinons toute la largeur de la trace par rapport à l'impédance. Pourquoi la largeur de la trace a-t-elle un effet si significatif sur l'impédance? Ce n'est pas le petit changement dans la résistance DC déjà minuscule, bien sûr.

C'est la capacité! Ces traces forment une plaque d'un condensateur avec le plan de retour de signal en dessous. Donc, une fois que vous avez ajouté une zone supplémentaire en utilisant un angle droit ou une trace à 45 degrés, vous ne pouvez rien faire, cette capacité supplémentaire est là pour rester. Cependant, si vous prenez un coin à 90 degrés et coupez une partie du coin d'un côté, et en fonction de la constante diélectrique de votre substrat de carte PCB ainsi que de son épaisseur entre la trace de signal et le plan de retour , vous pouvez calculer exactement combien vous devez couper pour maintenir la capacité totale.

Et le résultat est quelque peu ironiquement la juxtaposition d'un virage à 45 et 90 degrés: enter image description here

Fondamentalement, c'est un coin à 90 degrés avec un un peu coupé (en onglet) pour maintenir la capacité, et donc l'impédance. Il n'y a rien de mal avec les angles vifs si vous tenez compte de l'impédance. Les courbes sont simplement plus faciles, alors je les préfère parce que je suis paresseux. Cependant, ils prennent parfois trop de place.

Que vous vous incliniez à 90 degrés ou à 45 degrés n'a pas d'importance. Vous pouvez acheminer topologiquement et ne suivre aucune direction si vous préférez. Tout cela a commencé par une bizarrerie logicielle et il s'est transformé en tradition, et même apparemment en superstition. Je vous promets que tout ingénieur qui prétend que cela compte d'une manière ou d'une autre ne le soutiendra jamais avec des données concrètes, et ne pourra pas le faire s'il est pressé de le faire. Il est facile de trouver des preuves que cela n'a pas d'importance, car ce n'est pas le cas. C'est pourquoi je viens de prendre quelques photos pour prouver mon point. Dans les situations haut de gamme, cela compte, toute règle de base concernant un coin par rapport à l'autre est de toute façon totalement inutile, car les deux sont tout aussi faux.

Si vous pouvez utiliser des traces à 45 degrés, vous pouvez utiliser des traces à 90 degrés sans impact mesurable. Utilisez celui que vous aimez ou qui convient à une densité de traces spécifique. Les ingénieurs ne s'en souciaient jamais et il n'y a aucune raison de le faire. Ne laissez pas les réponses non prises en charge (comme elles le sont malheureusement, bien qu'elles soient fausses informations) vous attirer. Validez la règle empirique que l'on vous dit avec des données. La tradition et la foi n'ont pas leur place dans une bonne ingénierie.

Belle critique, mais je ferai remarquer que montrer des photos de produits commerciaux faisant les choses d'une certaine manière ne constitue pas la preuve qu'il n'y a pas de meilleur moyen - simplement que ce qu'ils ont mis en œuvre semble fonctionner assez bien.Je ne suis pas en désaccord avec ce que vous dites, mais le défaut de logique me dérange.
Super article, et je souhaite que cela aide à se débarrasser de ces mythes anciens.Si vous avez envie d'ajouter plus d'informations, vous pouvez mentionner qu'il serait impossible d'utiliser des vias et des composants montés sur des trous si vous deviez éviter les virages à 90 degrés.Tout via créera deux angles vifs à 90 degrés dans le signal.Ceci est également vrai pour de nombreux connecteurs SMA et BNC montés sur PCB.
Je n'ai jamais conçu de pcb de ma vie (logiciel scrub ici), mais c'est de loin la réponse la plus intéressante que j'ai lue sur SO depuis très longtemps.Je vous remercie!
Belle réponse, très illustrée et cela semble cohérent! Cependant, en lisant votre texte, je me suis souvenu d'une note d'application du Texas, qui discutait de la mise en page de la suppression des ESD.Ils ont des mesures d'émissions qui montrent 45 degrés avec une meilleure performance que 90 degrés: http://www.ti.com/lit/an/slva680/slva680.pdf - bas de page 4. Quelle est votre opinion à ce sujet?Pensez-vous que la différence entre 90d et 45d n'apparaît que dans les événements extrêmement élevés di / dt comme ESD?
Lol.Avez-vous mis le "oh non cachez vos enfants cachez votre femme" sur cette image?
Ce lien contient des calculs, des formules et des simulations pour les courbes de trace en onglet pour maintenir votre impédance: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/mitered-bends
Nathan
2016-04-06 07:06:14 UTC
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Je vais aller à contre-courant ici et vous suggérer de lire "Right the first time" de Lee W. Ritchey. http://www.thehighspeeddesignbook.com/

Le chapitre 25 est particulièrement intéressant, où l'auteur se donne beaucoup de mal pour souligner:

"que la règle [de l'absence d'angles droits] est née à la suite d'une figure particulière (Figure 7- 17) figurant sur une page particulière (page 144), du manuel Motorola ECL Systems qui a été publié en 1973. Cette figure montre deux traces, côte à côte, l'une avec deux virages à angle droit et l'autre avec ces virages arrondis. Au-dessous de cette image se trouvent deux courses d'oscilloscopie. La trace de l'exemple de pliage à angle droit a deux petites creux au milieu tandis que la trace pour les coins arrondis n'en a aucune. Cela suggère que les virages à angle droit posent un problème. En revenant à la page 140 du même manuel, la figure 7-14 montre une trace avec deux virages à angle droit et aucune perturbation due à l'un ou l'autre des virages. Cela ressemble à un conflit. J'ai [Ritchey] appelé l'auteur pour remettre cela en question et on m'a dit que la figure 7-17 était imparfaite et n'aurait pas dû être publiée! Ainsi, depuis tout ce temps, les ingénieurs ont empêché l'utilisation de virages à angle droit sur la base de données erronées. (Remarque: le manuel des systèmes ECL de Motorola est disponible sous forme de fichier PDF auprès d'On Semiconductor sur www.onsemi.com.) "

L'auteur poursuit:" Les virages à angle droit ne causent pas de problèmes d'intégrité du signal à toute vitesse de bord pratique. Les coudes à angle droit ne causent pas non plus d'interférences électromagnétiques. Les coudes à angle droit ne sont pas des pièges à acide. Il n'y a aucune bonne raison technique d'empêcher l'utilisation de coudes à angle droit pour acheminer des traces dans un PCB. Donc, de ce conseil, d'un point de vue purement électrique, il n'y a aucune raison d'éviter les virages à 90 degrés. Qu'il y ait des considérations mécaniques telles que le soulèvement des traces à des températures plus élevées, etc.

Personnellement, j'essaie de garder les traces aussi courtes que possible, ce qui signifie généralement des lignes droites (pas de virages) dans la mesure du possible. Je ne perds pas le sommeil en ajoutant des virages à 90 degrés si nécessaire: garder tout à 45 (ou 135) degrés consomme beaucoup de PCB sur des conceptions plus serrées.

rdtsc
2016-04-05 21:13:17 UTC
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Eh bien, en général, plus les traces sont courtes, moins il y a de pertes et mieux les choses fonctionnent. Les angles droits donnent des traces plus longues et ne sont donc généralement pas souhaités. Bien qu'il n'y ait qu'une infime différence pour la plupart des circuits de type amateur. Si vous expérimentez des résistances, des condensateurs, des 555 et 2N2222, si vous devez utiliser un angle droit, faites-le, mais ne prenez pas l'habitude de le faire. Comme le dit JRE, ils sont également difficiles à graver correctement.

Les choses deviennent intéressantes aux hautes fréquences - plus de 100 MHz environ. À mesure que la fréquence d'un signal augmente, toutes les formes d'effets physiques (physique) commencent à se manifester et à affecter le signal lorsqu'il se déplace (se propage) à travers le PCB. Étant donné que la fréquence est si rapide, la longueur d'onde est très courte, ce qui signifie qu'une trace de PCB peut commencer à apparaître suffisamment grande pour être une antenne et émettre de l'énergie dans l'espace libre. À des fréquences encore plus élevées, de grandes sections de cuivre apparaissent sous forme de capacité, les angles vifs apparaissent sous forme de résistance (techniquement - impédance), les espaces dans une piste apparaissent comme un filtre, même le matériau du PCB lui-même influence les choses - appelées la constante diélectrique. Une telle conception (intentionnelle) est très spécialisée et complexe. Habituellement, la plupart des conceptions électroniques évitent ces effets en utilisant des fréquences plus basses, en faisant des traces de PCB plus courtes, etc.

L'EMI est une interférence électromagnétique, ce qui signifie la génération ou l'induction indésirable de signaux RF non intentionnels. La CEM (conformité électromagnétique) est le métier de tester les PCB pour détecter les rayonnements indésirables (et la sensibilité). Une carrière en CEM est née d'une solide compréhension de la physique, de la théorie RF et de l'électronique.

Claudio Avi Chami
2016-04-05 20:54:21 UTC
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Vous devriez toujours l'éviter. Vous vous souviendrez peut-être qu'un paratonnerre a une extrémité pointue. La raison en est que le champ électrique se concentre là-bas et le rend "plus attrayant" pour la foudre que les autres surfaces.

De même, l'arête vive d'un angle de 90 degrés est mauvaise, plus d'interférences peuvent être générées là, la discontinuité de l'impédance de la ligne PCB est pire, etc.

Evitez-les par tous les moyens.

Aux fréquences et tensions de niveau amateur, les angles vifs ne sont guère préoccupants.Cela étant dit, je suis toujours d'accord avec vous - il vaut mieux éviter complètement les virages à 90 degrés.
En fait, il semble qu'avoir [une extrémité pointue n'est pas la meilleure conception pour les paratonnerres] (https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_rod#Rounded_versus_pointed_ends).
Petrus
2016-04-06 00:35:44 UTC
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La règle sur laquelle tous les concepteurs seraient d'accord est la suivante: éviter tout angle autre que 45 o 90 degrés.

Il est vrai que les angles droits peuvent être un problème pour certains processus de fabrication. Le problème serait encore plus fort pour les angles aigus, qui sont fortement déconseillés. Cependant, la plupart des usines modernes ne devraient avoir aucun problème, même avec ces derniers. Certaines informations relatives aux pièges à acide sont ici.

La longueur de la trace et surtout l'esthétique sont des facteurs favorisant les virages à 45 degrés. Notez que ce n'est que l'esthétique qui explique pourquoi vous ne voyez pas de virages à 55 degrés dans une carte décente!

Si vous conceviez une carte haute tension, vous devriez probablement également faire attention à éviter n'importe quel coin.

En ce qui concerne les performances RF ou la compatibilité électromagnétique (qui ne sont pas sans rapport), une trace de retour correctement acheminée pour les traces les plus RF-ish est la voie à suivre. Notez que vous pouvez acheminer un coude microruban à 90 degrés sans problème si vous onglet le bord extérieur correctement. Ce n'est donc pas un argument pour ou contre les virages à 90 degrés.

Valentin Milev
2016-04-05 22:29:14 UTC
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Comme il a été mentionné précédemment, 90 degrés (et moins) ne sont pas souhaitables pour 2 raisons:

  1. Les hautes fréquences et les hautes tensions car la pointe aiguë émet des électrons.
  2. Problèmes mécaniques de fabrication.

Donc, techniquement, ils doivent être évités dans toutes les conditions normales et c'est une bonne pratique de vous entraîner à concevoir sans eux. Soit autour de ces coins, soit utilisez des angles de 2 x 135 degrés à la place.

Mais:

  1. Si les problèmes mécaniques peuvent être évités, les angles vifs ne sont pas un problème (google pour les images RFID ou simplement Retirez délicatement un autocollant carré RFID).
  2. En utilisant des polygones à 90 degrés, on peut créer un condensateur PCB ou une antenne pour les hautes fréquences (google par exemple, des images d'émetteur 2,4 GHz).

Alors tout dépend. Si vous êtes moins qualifié, évitez-les en règle générale.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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