Tecnología de PCB - Estimación rápida del valor de Resistencia del cableado de la placa de PCB

Por lo general, necesitamos estimar rápidamente la resistencia de los cables o planos en la placa de circuito impreso, en lugar de hacer cálculos aburridos. Aunque hay programas de cálculo disponibles para el diseño de placas de circuito impreso y la integridad de la señal para calcular la resistencia del cableado, a veces queremos utilizar métodos de estimación rápidos y aproximados durante el diseño.

Hay un método que se puede hacer fácilmente, llamado 'estadísticas de bloques'. con este método, el valor de resistencia de cualquier geometría (alrededor del 10%) se puede estimar en pocos segundos. Una vez dominado este método, el área de PCB a estimar se puede dividir en varios bloques. Después de contar el número de todos los bloques, se puede estimar la resistencia de todo el cableado o plano.

Conceptos básicos

El concepto clave de las estadísticas de bloques es que el valor de resistencia de cualquier placa de circuito impreso cuadrada de tamaño (determinada por el grosor) es el mismo que el valor de resistencia de otros bloques de tamaño. El valor de Resistencia del bloque 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.

Empecemos con el bloque 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 lámina de cobre por la que pasa la corriente eléctrica es A. la resistencia del bloque de cobre se puede expresar simplemente como R = Íl / a, De ellos, Í es la resistencia eléctrica del cobre a 25 grados centígrados (que es la característica inherente del material, 0,67 ° / 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 y la L en la molécula se contrarrestan entre sí, dejando solo R = Í / T. por lo tanto, la resistencia del bloque de cobre no tiene nada que ver con el tamaño del bloque y solo depende de la resistencia y el espesor del material. Si conocemos el valor de resistencia de un bloque de cobre de cualquier tamaño y podemos descomponer toda la ruta a estimar en varios bloques, entonces podemos agregar (contar) el número de bloques para obtener la resistencia total del cable.

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Para implementar esta tecnología, solo necesitamos una tabla que dé una relación funcional entre el valor de resistencia de los bloques en el rastro de la placa de circuito impreso y el 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 de cobre significa una onza por pie cuadrado.

La tabla 2 muestra el peso de cuatro láminas de cobre comunes y su resistencia a 25 y 100 grados centígrados. Tenga en cuenta que debido a que el material tiene un coeficiente de temperatura positivo, la resistencia al cobre aumenta con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, ahora sabemos que la resistencia de la lámina cuadrada de cobre de 0,5 onzas es de aproximadamente 1 m, lo que no tiene nada que ver con el tamaño del bloque. Si podemos descomponer el cableado de la placa de circuito impreso a medir en varios bloques virtuales y luego agregar estos bloques, podemos obtener la resistencia del cableado.

Tomemos un ejemplo simple. La figura 2 muestra un cable de cobre rectangular con un peso de aproximadamente 0,5 onzas a 25 grados centígrados, una pulgada de ancho y 12 pulgadas de largo. Podemos descomponer el cableado en una serie de cuadrados, cada uno de los cuales tiene una pulgada de largo. Por lo tanto, hay un total de 12 cuadrados. Según la tabla 2, la resistencia por cada bloque de lámina de cobre pesado de 0,5 onzas es de 1 metro. Ahora hay 12 bloques, por lo que la resistencia total del cableado es de 12 metros.

¿¿ qué tal un giro?

Para facilitar la comprensión, el artículo anterior enumera un ejemplo muy simple, echemos un vistazo a la situación de los puntos complejos.

En primer lugar, 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 (como se muestra en la imagen). Sin embargo, si la corriente se dobla en ángulo recto (como se muestra en el cuadrado de la figura 3b), la situación será diferente.

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 (como se muestra en la imagen). Si la corriente es un ángulo recto doblado (como se muestra en la figura 3b), encontraremos que el camino actual en la parte inferior izquierda del bloque 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 la ruta actual en la parte inferior izquierda del cuadrado es más corta que la ruta actual en la parte superior derecha. Por lo tanto, la corriente se concentrará en la zona inferior izquierda con menor resistencia. Por lo tanto, la densidad de corriente en esta región será superior a la intensidad de corriente en la región de la esquina superior derecha. La distancia entre flechas indica la diferencia en la densidad de corriente. Por lo tanto, la resistencia de la regla de esquina es de solo 0,56 metros cuadrados.

Del mismo modo, podemos hacer algunas modificaciones en los conectores soldados a la placa de pcb. 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 el cálculo de su bloque equivalente (referencia 1). El área sombreada indica los pines del conector en el área de lámina de cobre.