Technologie PCB - Estimation rapide de la valeur de la résistance de câblage de la carte PCB

Plutôt que de faire des calculs fastidieux, nous devons généralement estimer rapidement la résistance d'un fil ou d'un plan sur une carte de circuit imprimé. Bien qu'il existe des plans de carte de circuit imprimé disponibles et des programmes de calcul de l'intégrité du signal qui peuvent calculer la résistance de câblage, nous souhaitons parfois utiliser une méthode d'estimation rapide et approximative dans le processus de conception.

Il existe un moyen de le faire facilement, appelé « Statistiques de bloc». Avec cette méthode, il est possible d'estimer la valeur de la résistance de n'importe quelle géométrie (environ 10%) en quelques secondes. Une fois cette méthode maîtrisée, il est possible de diviser la surface de PCB à estimer en plusieurs blocs. Après comptage du nombre de tous les blocs, il est possible d'estimer la valeur de résistance de l'ensemble du câblage ou du plan.

Concepts de base

Le concept clé de la statistique des blocs est que la valeur de résistance d'une carte de circuit imprimé carrée de toute taille (déterminée par l'épaisseur) est la même que celle des autres blocs de taille. La valeur de la résistance du bloc d'électrode positive ne dépend que de la résistivité du matériau conducteur et de son épaisseur. Ce concept peut être appliqué à tout type de matériau conducteur. Le tableau 1 présente quelques matériaux semi - conducteurs courants et leur résistivité volumique.

Pour les cartes de circuits imprimés, le matériau important est le cuivre, qui est la matière première de la plupart des cartes.

Commençons par le bloc de cuivre de la figure 1. Le bloc de cuivre a une longueur l, une largeur l (car il est carré), une épaisseur T et une section transversale de la Feuille de cuivre parcourue par le courant A. la résistance du bloc de cuivre peut être simplement exprimée par r = Íl / a, où Í; est la résistivité du cuivre à 25 degrés Celsius (c'est une caractéristique inhérente du matériau, à 0,67 Ë / pouce).

On notera cependant que la section A est le produit de la longueur l et de l'épaisseur T (A = LT). L dans le dénominateur et l dans la molécule s'annulent mutuellement, ne laissant que r = Í / T. la résistance d'un bloc de cuivre est donc indépendante de la taille du bloc, elle ne dépend que de la résistivité et de l'épaisseur du matériau. Si nous connaissons la valeur de résistance d'un bloc de cuivre de n'importe quelle taille et pouvons décomposer l'itinéraire entier à estimer en plusieurs blocs, alors nous pouvons additionner (compter) Le nombre de blocs pour obtenir la résistance totale du fil.

Mise en œuvre

Pour mettre en oeuvre cette technique, il suffit d'un tableau qui donne la relation fonctionnelle entre la valeur de la résistance d'un bloc sur une trace de circuit imprimé et l'épaisseur de la Feuille de cuivre. L'épaisseur de la Feuille de cuivre est généralement spécifiée par le poids de la Feuille de cuivre. Par exemple, 1 once de cuivre représente 1 once par pied carré.

Le tableau 2 donne le poids de quatre feuilles de cuivre communes et leur résistivité à 25 et 100 degrés Celsius. Notez que comme le matériau a un coefficient de température positif, la résistance du cuivre augmente avec la température. Par exemple, nous savons maintenant qu'une feuille de cuivre carrée de 0,5 once a une résistance d'environ 1 m, indépendamment de la taille du bloc. Si nous pouvons décomposer le câblage de la carte de circuit imprimé à mesurer en plusieurs blocs virtuels, puis additionner ces blocs ensemble, nous obtenons la résistance de câblage.

Prenons un exemple simple. La figure 2 montre un fil de cuivre rectangulaire pesant environ 0,5 once à 25 degrés Celsius, mesurant 1 pouce de largeur et 12 pouces de longueur. Nous pouvons décomposer le câblage en une série de carrés, chacun mesurant un pouce de long. Donc, il y a 12 carrés au total. Selon le tableau 2, résistance par 0,5 OZ. Le bloc de feuille de cuivre lourd est une île de 1m. Il y a maintenant 12 blocs, donc la résistance totale du câblage est de 12m.

Comment ça tourne?

Pour faciliter la compréhension, un exemple très simple a été répertorié dans l'article précédent, examinons le cas des points complexes.

Tout d'abord, dans l'exemple précédent, nous supposons que le courant circule en ligne droite d'un bout à l'autre le long d'un côté du carré (comme illustré). Cependant, la situation serait différente si le courant était courbé à angle droit (comme le montre le carré de la figure 3b).

Dans l'exemple précédent, nous avons supposé que le courant circulait en ligne droite d'un bout à l'autre le long d'un côté du carré (comme illustré). Si le courant est une courbure à angle droit (comme dans la figure 3b), nous trouverons que le chemin du courant dans la partie inférieure gauche du bloc est plus court que dans la partie supérieure droite. Lorsque le courant circule à travers les coins, la densité de courant est élevée, ce qui signifie que la résistance d'un carré d'angle ne peut être calculée que pour 0,56 carré.

Maintenant, nous voyons que le chemin du courant dans la partie inférieure gauche du carré est plus court que dans la partie supérieure droite. Le courant va donc se regrouper dans la zone inférieure gauche, moins résistive. La densité de courant dans cette zone sera donc supérieure à celle de la zone en haut à droite. La distance entre les flèches représente la différence de densité de courant. Par conséquent, la résistance de la règle n'est que de 0,56 carré

De même, nous pouvons apporter quelques modifications aux connecteurs soudés à la carte PCB. Ici, nous supposons que la résistance du connecteur est négligeable par rapport à la résistance de la Feuille de cuivre.

On voit que si le connecteur occupe une grande partie de la zone de la Feuille de cuivre à évaluer, la résistance de cette zone doit être réduite en conséquence. La figure 5 montre la structure d'un connecteur à trois bornes et le calcul de ses blocs équivalents (référence 1). Les zones hachurées représentent les broches du connecteur dans la zone de la Feuille de cuivre.