Diseño electrónico - Cómo estimar la resistencia de las habilidades de cableado de PCB

Por lo general, necesitamos estimar rápidamente la resistencia de una sola línea o plano en una placa de circuito impreso, en lugar de hacer cálculos engorrosos. Aunque hay cálculos de diseño de placas de circuito impreso e integridad de la señal que se pueden utilizar para calcular la resistencia de las líneas de salida, a veces queremos hacer estimaciones rápidas y aproximadas durante el proceso de diseño.

Un método sencillo se llama "conteo de cubos". con este método, la resistencia de cualquier geometría se puede estimar en pocos segundos (alrededor del 10%). Una vez dominado este método, el área de PCB a estimar se puede dividir en cuadrados y estimar la resistencia de toda la línea o plano calculando el número de cuadrados.

Conceptos básicos

El concepto clave de la estadística cuadrada es que cualquier placa de circuito impreso cuadrada de tamaño (determinada por el grosor) tendrá la misma resistencia que cualquier cuadrado de otro tamaño. El valor de Resistencia del cuadrado positivo solo depende de la resistencia del material conductor y su espesor. Este concepto se puede aplicar a cualquier tipo de material conductor. La Tabla 1 muestra algunos materiales semiconductores comunes y su resistencia a granel.

Para las placas de circuito impreso, el material importante es el cobre, que es la materia prima de la mayoría de las placas de circuito (nota: el aluminio se utiliza para la metalización de núcleos de chips de circuitos integrados, el mismo principio se aplica al aluminio)

Empecemos con el cuadrado de cobre en la figura 1. La longitud del bloque de cobre es l, la anchura es l (porque es cuadrado), el espesor es T y la sección transversal de la zona de lámina de cobre a la que fluye la corriente eléctrica es A. la resistencia del bloque de cobre se puede expresar simplemente como R = Íl / a, de la que Í; es la resistencia eléctrica del cobre (que es una característica inherente del material y es de 0,67 a 25 grados centígrados / in).

Sin embargo, tenga en cuenta que la sección A es el producto de la longitud L y el espesor T (a = lt). La L en el denominador coincide con la L en la molécula, dejando solo R = Í / T. Por lo tanto, la resistencia del bloque de cobre no depende del tamaño del bloque, solo depende de la resistencia y el espesor del material. Si conocemos la resistencia de un cuadrado de cobre de cualquier tamaño y podemos dividir toda la línea a estimar en cuadrados, podemos agregar el número de cuadrados para obtener la resistencia total de la línea.

Implementación

Para implementar esta tecnología, solo necesitamos una tabla que muestre el valor de Resistencia del cuadrado en la línea de PCB y la función del espesor de la lámina de cobre. El grosor de la lámina de cobre suele estar determinado por el peso de la lámina de cobre. Por ejemplo, una onza. El cobre significa 1 onza. Por pie cuadrado.

La tabla 2 muestra el peso de las cuatro láminas de cobre de uso común y su resistencia a 25 y 100 grados centígrados. Tenga en cuenta que debido al coeficiente de temperatura positiva del material, el valor de resistencia al cobre aumenta con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, ahora sabemos que la resistencia de una lámina de cobre cuadrada de 0,5 onzas es de aproximadamente 1 megohm, un valor que no tiene nada que ver con el tamaño de un cuadrado. Si podemos descomponer el cableado de PCB que necesitamos medir en cuadrados virtuales y luego agregar estos cuadrados juntos, podemos obtener la resistencia del cableado.

Tomemos un ejemplo simple. La figura 2 muestra un cable de cobre rectangular de aproximadamente 0,5 onzas de peso. la temperatura es de 25 ° c, el ancho del cable es de 1 pulgada y la longitud es de 12 pulgadas. Podemos dividir las líneas en una serie de cuadrados, cada uno de los cuales tiene una pulgada de largo. Así que hay 12 zumbadores. Según la tabla 2, la resistencia de cada cuadrado de lámina de cobre de 0,5 oz. peso es de 1 mÍ, y ahora hay 12 cuadrados, por lo que la resistencia total del cable es de 12 mÍ.

¿¿ qué tal un giro?

Este es un ejemplo muy simple, Pero echemos un vistazo a un ejemplo un poco más complicado.

En primer lugar, recuerde, en el ejemplo anterior, asumimos que la corriente fluye en línea recta de un extremo al otro a lo largo de un lado de la Plaza (véase la figura 3a). Sin embargo, si la corriente debe hacer un giro en ángulo recto (el ángulo recto en la figura 3b), la situación será diferente.

En el ejemplo anterior, suponemos que la corriente fluye en línea recta de un extremo al otro a lo largo de un lado del cuadrado (véase la figura 3a). Si la corriente hace un giro en ángulo recto (el cuadrado en ángulo recto en la figura 3b), encontraremos que el camino actual en la parte inferior izquierda del cuadrado es más corto que en la parte superior derecha. Cuando la corriente fluye a través de la esquina, la densidad de corriente es alta, lo que significa que la resistencia del cuadrado de la esquina solo se puede calcular en 0,56 metros cuadrados.

Ahora vemos que en la parte inferior izquierda del cuadrado, la ruta actual es más corta que en la parte superior derecha. Por lo tanto, el cobre

La corriente eléctrica inundará la zona inferior izquierda con menor resistencia. Por lo tanto, la densidad de corriente en esta región será superior a la densidad de corriente en la esquina superior derecha. La distancia entre flechas muestra la diferencia en la densidad de corriente. Por lo tanto, la resistencia del cuadrado de esquina es igual a 0,56 metros cuadrados (figura 4).

Además, podemos hacer algunas modificaciones en los conectores soldados a la placa de circuito impreso. Aquí, asumimos que la resistencia del conector es insignificante en comparación con la resistencia de la lámina de cobre.

Podemos ver que si el conector ocupa una gran parte de la zona de lámina de cobre a evaluar, la resistencia de esta zona debe reducirse en consecuencia. La figura 5 muestra la estructura del conector de tres terminales y su cálculo cuadrado equivalente (referencia 1). El área sombreada indica los pines del conector en el área de lámina de cobre.

Un ejemplo más complejo

Aquí usamos un ejemplo más complejo de cómo usar esta tecnología. La figura 6a es una forma más compleja y requiere algún trabajo para calcular su resistencia. En este ejemplo, suponemos que la lámina de cobre pesa una onza a 25 grados centígrados y que la corriente fluye a lo largo de toda la longitud de la línea, desde el punto a hasta el punto B. el conector se coloca en los terminales a y B. Con la misma técnica que la anterior, podemos descomponer formas complejas en una serie de cuadrados, como se muestra en la figura 6b. El cuadrado puede ser de cualquier tamaño adecuado y puede llenar toda la zona de interés con cuadrados de diferentes tamaños. Mientras tengamos un cuadrado y sepamos el peso del cable de cobre, sabremos la resistencia.

Tenemos seis cuadrados, dos cuadrados con conectores y tres cuadrados de esquina. Debido a que la resistencia es de 1oz. La lámina de cobre es de 0,5 metros por metro cuadrado y la corriente fluye linealmente a través de seis cuadrados, cuya resistencia total es: 6 x 0,5 metros = 3 metros.

Luego agregamos dos cuadrados con conectores, cada uno de los cuales se calcula en 0,14 cuadrados (figura 5c). Por lo tanto, los dos conectores se cuentan en 0,28 metros cuadrados (2 * 0,14). para 1oz. Lámina de cobre, que aumenta la resistencia en 0,14 metros (0,28 * 0,5 metros = 0,14 metros)., Más tres yardas de esquina. En términos de 0,56 metros cuadrados cada uno, el total es de 3 * 0,56 * 0,5 metros = 0,84 metros. Así, la resistencia total de a A B es de 3,98 metros (3 metros + 0,14 metros + 0,84 metros).

¿Algunos amigos dirán: ¿ cómo puede el cableado de PCB tener una forma tan extraña? Sin embargo, lo que a menudo requiere calcular la resistencia del cableado es la señal de alimentación, que a veces se logra cubriendo cobre, formando algunas formas irregulares.

El resumen es el siguiente:

Seis cuadrados completos, de los cuales 1 = 6 cuadrados equivalentes; Dos bloques de conectores de bloques equivalentes de 0,14 = 0,28; Cuadrado triangular de 0,56 = cuadrado equivalente de 1,68

. Número total de cuadrados equivalentes = 7,96 cuadrados equivalentes

Resistencia (a a b) = 7,96 resistencia cuadrada, ya que cada cuadrado es de 0,5 metros, la resistencia total = 3,98 metros. esta técnica se puede aplicar fácilmente a geometrías complejas. Una vez que conoces la resistencia de un cable en particular, es fácil calcular otras cosas, como la caída de tensión o el consumo de energía.

¿¿ cómo calcular la entrada de la cueva?

Las placas de circuito impreso suelen apilarse en diferentes capas, no en una sola capa. Los agujeros a través se utilizan para la conexión de cableado entre diferentes capas. La resistencia de cada agujero es limitada. Por lo tanto, al calcular la resistencia total del cableado, se debe considerar la resistencia de cada agujero. Normalmente, cuando dos cables (o planos) están conectados a través de un agujero, constituye un elemento de resistencia en serie. Por lo general, se utilizan múltiples agujeros paralelos para reducir la resistencia efectiva. La resistencia del agujero se calcula de acuerdo con la geometría simplificada del agujero mostrada en la figura 7. La corriente eléctrica a lo largo de la longitud del agujero (l), como se muestra en la flecha, pasa por el área transversal a (a). El grosor (t) depende del grosor de la capa de cobre recubierta en la pared interior del agujero.

A través de algunas transformaciones numéricas simples, la resistencia a través del agujero se puede expresar como R = Íl / [Í. Tenga en cuenta que la resistencia del cobre recubierto es mucho mayor que la resistencia del cobre puro. Asumimos que el espesor t del recubrimiento en el agujero suele ser de 1 ml, lo que no tiene nada que ver con el peso de la lámina de cobre en la placa de circuito. Para placas de 10 capas con un grosor de 3,5 ML y un peso de cobre de 2oz, La l es de unos 63 mil.

Sobre la base de las hipótesis anteriores, el tamaño común del agujero y la resistencia se dan en la tabla 3. Podemos ajustar estos valores en función del grosor específico de la placa. También hay muchos programas de cálculo de agujeros fáciles de usar en Internet.

Este es un método simple para estimar la resistencia de corriente continua de las líneas de PCB o planos. La geometría compleja se puede descomponer en múltiples cuadrados de cobre de diferentes tamaños para aproximar toda la superficie de la lámina de cobre. Una vez determinado el peso de la lámina de cobre, la resistencia de cualquier tamaño cuadrado es una cantidad conocida. De esta manera, el proceso de estimación se simplifica a un simple recuento de cuadrados de cobre.