Quanto vicine tra loro possono essere due tracce in un circuito stampato?

Quando sbrogli un circuito stampato, devi conoscere a quale distanza mantenere tra due piste.   Da che cosa dipende la distanza minima che devi mantenere tra due tracce?

➡️ Il primo requisito che devi rispettare è la distanza minima richiesta dal produttore di circuiti stampati. Questa è in genere di 5 o 6 mils (0.127mm o 0.1524mm). Alcuni produttori, applicando un sovraprezzo, possono realizzare PCB in cui le piste sono distanti 4 mils (0.106mm).

Presta attenzione che la distanza minima richiesta dal produttore di circuiti stampati dipende anche dallo spessore dello strato di rame: tanto maggiore è lo spessore del rame, tanto maggiore è lo spazio minimo. 

Per concludere questo primo punto, considera che gli spazi minimi richiesti per la produzione di un PCB, sono in genere i vincoli meno stringenti.

➡️  Il secondo aspetto che devi considerare è legato alla tensione che scorre nella traccia. 

Devi prestare attenzione a questo punto quando la tensione che scorre in una traccia è maggiore di 30Vac (tensione alternata) o 60Vdc (tensione continua).  Riguardo a questo punto ci sono due termini che incontri nelle normative di riferimento.

– Clearance: è la minima distanza in aria tra due conduttori. Immagina di dover misurare la distanza tra due vette di un gruppo montuoso. La via più facile è di misurare in linea retta la distanza senza percorrere i profili delle montagne. Ritornando ai conduttori: se non viene rispettata la distanza minima si possono creare archi conduttivi. Devi anche considerare che l’umidità e la polvere riducono la distanza tra due conduttori

– Creepage: è la minima  distanza lungo la superficie del materiale di isolamento. Questa può coincidere con la distanza tra due tracce in un circuito stampato quando non sono presenti aperture. Infatti, per aumentare la distanza di creepage senza ampliare le dimensioni del PCB, in alcuni casi vengono praticate delle fessure.

slot e creepage

Dove sono definiti gli spazi minimi in funzione della tensione che scorre tra i conduttori? Sono definiti nella tabella 6-1 dello standard IPC2221B e nello standard IEC 60601-1.  Gli spazi minimi richiesti sono minori se le tracce sono nei layer interni del PCB. Per le tracce nei layer TOP e Bottom gli spazi minimi diminuiscono se viene applicata una vernice protettiva (questo processo è anche chiamato conformal coating)

Per calcolare gli spazi minimi non è necessario acquistare gli standard citati precedentemente. Infatti, esistono calcolatori gratuiti. Ad esempio il software SaturnPCB Toolkit ha una sezione chiamata “Conductor Spacing”.

 Nella figura qui sotto è stato calcolato lo spazio minimo tra due tracce nei layer esterni quando la tensione è compresa tra 250 e 300V e non viene applicata nessuna vernice protettiva. In questo caso le tracce devono essere distanti almeno 49.21mils (1.25mm)


➡️ Se le tensioni presenti nelle piste sono inferiori a 30V, l’aspetto più importante che determina quanto le tracce devono essere distanti tra loro è il crosstalk. Infatti, in  una traccia può essere presente un segnale non voluto a causa della vicinanza con un altra traccia. Ad esempio una pista in cui scorre un segnale digitale può generare un disturbo non voluto sul segnale di reset di un microcontrollore.                                                                                                        Per la riduzione del crosstalk non esistono standard di riferimento ma regole empiriche (rules of thumb) basate su simulazioni e misurazioni. In questo caso si usa spesso un parametro chiamato “h” che è la distanza tra un layer di segnale e il layer più vicino che contiene un piano di massa o di alimentazione.

                                                    

Considera ad esempio un segnale di clock di un microcontrollore o di un FPGA.  Se è nei layer esterni, è consigliato che sia distante 7h dagli altri segnali. Se è nei layer interni, la distanza minima si riduce a 5h.          

 Per quanto riguarda i segnali digitali standard: se sono sbrogliati nei layer esterni è consigliato mantenere una distanza di 5h mentre se sono nei layer interni la distanza si riduce a 3h . Il software SaturnPCB Tookit può essere utile anche per stimare il crosstalk: in questo caso ti puoi ritenere soddisfatto quando i valori sono sotto i -30dB.

stima del crosstalk

 

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