Rancangan Elektronik - Bagaimana menghargai nilai lawan kemampuan kabel PCB

Biasanya kita perlu memperkirakan perlawanan satu garis atau pesawat pada papan sirkuit cetak, daripada membuat pengiraan yang membosankan. Walaupun terdapat layout papan sirkuit dicetak dan pengiraan integriti isyarat yang boleh digunakan untuk menghitung perlawanan garis keluar, terdapat masa bila kita mahu membuat perhitungan cepat dan kasar dalam proses desain.

Cara mudah untuk melakukan ini dipanggil "kiraan kub". Dengan kaedah ini, perlawanan mana-mana geometri boleh dijangka dalam beberapa saat (kira-kira 10%). Setelah kaedah ini dikawal, kawasan PCB yang diharapkan boleh dibahagi kepada kuasa dua, dan lawan seluruh garis atau pesawat boleh diharapkan dengan menghitung bilangan kuasa dua.

Konsep asas

Konsep kunci statistik kuasa dua ialah papan sirkuit cetak kuasa dua dengan mana-mana saiz (tebal ditentukan) akan mempunyai perlawanan yang sama dengan kuasa dua dengan mana-mana saiz lain. Nilai perlawanan bagi kuasa dua positif bergantung hanya pada resistiviti bahan konduktor dan tebal. Konsep ini boleh dilaksanakan pada setiap jenis bahan konduktif. Jadual 1 menunjukkan beberapa bahan semikonduktor biasa dan resistiviti besar mereka.

Untuk papan sirkuit cetak, bahan penting adalah tembaga, yang merupakan bahan mentah bagi kebanyakan papan sirkuit (catatan: aluminum digunakan untuk metalisasi inti cip sirkuit terintegrasi, dan prinsip yang sama berlaku untuk aluminum)

Mari kita mulakan dengan persegi tembaga dalam Figur 1. Panjang blok tembaga ialah L, lebar ialah L (kerana ia kuasa dua), tebal ialah T, dan kawasan segi-segi kawasan foil tembaga melalui mana aliran semasa ialah A. Penegangan blok tembaga boleh dikatakan sebagai R=ϷL/A, di mana ϯ adalah resistiviti tembaga (ini adalah ciri-ciri bahan, 0.67μ ϯ /in. Pada 25 darjah Celsius).

Tetapi perhatikan bahawa seksyen A adalah produk panjang L dan tebal t (A=Lt). L dalam penyebut membatalkan dengan L dalam penyebut, meninggalkan hanya R=Ï™/t. Oleh itu, resistensi blok tembaga adalah bebas dari saiz blok, ia hanya bergantung pada resistensi dan tebal bahan. Jika kita tahu resistensi bagi kuasa dua tembaga mana-mana saiz dan boleh bahagi seluruh garis untuk diharapkan kepada kuasa dua, bilangan kuasa dua boleh ditambah untuk mendapatkan total resistensi garis.

pelaksanaan

Untuk melaksanakan teknik ini, semua yang kita perlukan adalah jadual yang menunjukkan fungsi nilai lawan bagi kuasa dua pada garis PCB dan tebal foli tembaga. Ketebasan foli tembaga biasanya dinyatakan oleh berat foli tembaga. Contohnya, 1oz. Copper bermakna 1oz. Setiap kaki kuasa dua.

Jadual 2 menunjukkan berat empat foil tembaga yang biasanya digunakan dan resistiti elektrik mereka pada 25 darjah Celsius dan 100 darjah Celsius. Perhatikan nilai resistensi tembaga meningkat dengan meningkat suhu disebabkan koeficien suhu positif bahan. Contohnya, kita sekarang tahu bahawa 0.5oz kuasa dua foil tembaga mempunyai perlawanan kira-kira 1 MEgohm, nilai yang independen dari saiz kuasa dua. Jika kita boleh menghancurkan kabel PCB kita perlu mengukur ke kuasa dua maya, dan kemudian tambah kuasa dua ini bersama-sama, kita boleh mendapatkan perlawanan kabel.

Mari kita ambil contoh sederhana. Gambar 2 menunjukkan wayar tembaga segiempat berat kira-kira 0,5oz. Pada 25 ° C, dengan lebar wayar 1 inci dan panjang 12 inci. Kita boleh pecahkan garis ke dalam siri kuasa dua, dengan setiap sisi kuasa dua panjang 1 inci. Jadi ada 12 beeper. Menurut Jadual 2, resistensi setiap 0.5oz. berat lembaga persegi adalah 1m Ï, sekarang ada 12 persegi, jadi total resistensi wayar adalah 12m Ï.

Bagaimana dengan berputar?

Ini contoh yang sangat mudah untuk dipahami, tetapi mari kita lihat sesuatu yang sedikit lebih rumit.

Pertama, ingat bahawa dalam contoh sebelumnya, kita menganggap bahawa semasa mengalir dalam garis lurus sepanjang satu sisi kuasa dua, dari satu hujung ke yang lain (lihat Figur 3A). Namun, jika semasa perlu membuat sudut kanan pusingan (sudut kanan kuasa dua dalam Figur 3B), situasi agak berbeza.

Dalam contoh sebelumnya, kami menganggap bahawa semasa mengalir dalam garis lurus sepanjang satu sisi kuasa dua, dari satu hujung ke yang lain (lihat Figur 3A). Jika semasa mengambil pusingan sudut kanan (sudut kanan kuasa dua dalam Figur 3B), kita akan jumpa bahawa laluan semasa lebih pendek di bahagian kiri bawah kuasa dua daripada bahagian kanan atas. Apabila semasa mengalir melalui sudut, densiti semasa adalah tinggi, bermakna perlawanan kuasa dua sudut hanya boleh dihitung dalam terma 0.56 kuasa dua.

Sekarang kita lihat bahawa laluan semasa lebih pendek di bahagian bawah kiri kuasa dua daripada bahagian atas kanan. Sebagai hasilnya, cu

rrent akan berkumpul ke kawasan kiri bawah di mana perlawanan rendah. Maka densiti semasa di kawasan ini akan lebih tinggi daripada densiti semasa di sebelah kanan atas. Jarak antara panah menunjukkan perbezaan dalam ketepatan semasa. Sebagai hasilnya, lawan kuasa dua sudut sama dengan 0.56 kuasa dua (Figur 4).

Juga, kita boleh buat beberapa pengubahsuaian pada konektor yang disesuaikan ke papan sirkuit cetak. Di sini, kita beranggapan bahawa perlawanan konektor adalah sia-sia dibandingkan dengan perlawanan foil tembaga.

Kita boleh lihat bahawa jika konektor memegang sebahagian besar kawasan foil tembaga untuk diteliti, resistensi kawasan itu perlu dikurangkan sesuai. Figur 5 menunjukkan struktur sambungan tiga terminal dan pengiraan kuasa dua yang sama (rujukan 1). Kawasan berwarna menunjukkan pins sambungan di kawasan foil tembaga.

Contoh yang lebih rumit

Di sini, kita menggunakan contoh yang lebih kompleks untuk menunjukkan bagaimana menggunakan teknik ini. FIG. 6A adalah bentuk yang lebih kompleks dan ia memerlukan beberapa kerja untuk mengira resistensinya. Dalam contoh ini, kita anggap bahawa foil tembaga berat 1oz pada 25 darjah Celsius, dan bahawa semasa mengalir sepanjang seluruh panjang garis, dari titik A hingga titik B. Sambungan ditempatkan pada terminal A dan B. Dengan teknik yang sama seperti di atas, kita boleh pecahkan bentuk kompleks ke dalam siri kuasa dua, seperti yang dipaparkan dalam Gambar 6b. Suatu kuasa dua boleh menjadi sebarang saiz yang sesuai, dan anda boleh mengisi seluruh kawasan minat dengan kuasa dua saiz yang berbeza. Selama kita ada kuasa dua, dan kita tahu berat wayar tembaga, kita tahu perlawanan.

Kita ada enam kuasa dua yang sempurna, dua kuasa dua dengan konektor, dan tiga kuasa dua sudut. Sejak perlawanan 1oz. Fol tembaga ialah 0.5m Ï·², dan semasa mengalir secara linear melalui enam kuasa dua, jumlah lawan kuasa dua ini ialah: 6 x 0.5m Ï·3m Ï·

Kemudian, kita tambah dua kuasa dua dengan sambungan, masing-masing dihitung pada 0.14 kuasa dua (Figur 5C). Oleh itu, dua sambungan dihitung sebagai 0.28 kuasa dua (2*0.14). Untuk 1oz. Fol tembaga, ia menambah 0,14 m Ï° resistensi (0,28*0,5 m Ï·0,14 m Ï··.). tambah tiga kuasa dua sudut. Dikira dengan 0.56 kuasa dua masing-masing, jumlahnya ialah 3*0.56*0.5m Ϥ =0.84m Ϥ. Oleh itu, jumlah resistensi dari A ke B ialah 3.98m Ï··[UNK] (3m Ï·0.14m Ï· +0.84m Ï·[UNK]).

Beberapa kawan akan berkata: bagaimana boleh kabel PCB membentuk begitu pelik? Namun, ia adalah isyarat bekalan kuasa yang sering perlu menghitung perlawanan kawat, dan isyarat bekalan kuasa kadang-kadang disedari dengan menutupi tembaga, membentuk beberapa bentuk yang tidak betul.

Ringkasan adalah seperti ini:

. Enam kuasa dua penuh 1 =6 kuasa dua yang sama; Dua blok sambungan 0.14 =0.28 blok yang sama; Tiga kuasa dua sudut 0.56 =1.68 kuasa dua yang sama

. Jumlah kuasa dua yang sama =7. 96 kuasa dua yang sama

. Keperlawanan (A hingga B)=7.96 Keperlawanan kuasa dua, kerana setiap kuasa dua ialah 0.5m Ï, jadi keseluruhan perlawanan =3.98m Ï· Apabila anda tahu perlawanan kawat tertentu, ia mudah untuk menghitung perkara-perkara lain, seperti jatuh tenaga atau penggunaan kuasa.

Bagaimana menghitung lubang?

Papan sirkuit dicetak biasanya dikumpulkan dalam lapisan berbeza daripada lapisan tunggal. Lubang melalui digunakan untuk menyambung sambungan antara lapisan yang berbeza. Keperlawanan setiap lubang terbatas. Oleh itu, resistensi setiap lubang mesti dianggap bila menghitung total resistensi kabling. Secara umum, bila dua wayar (atau pesawat) disambung melalui lubang, ia membentuk unsur perlawanan siri. Banyak perforasi selari sering digunakan untuk mengurangi resistensi yang berkesan. Keperlawanan lubang melalui dikira berdasarkan geometri lubang-mudah yang dipaparkan dalam Figur 7. Semasa (seperti yang dinyatakan oleh panah) sepanjang panjang lubang (L) melewati kawasan salib (A). Ketempatan (t) bergantung pada ketempatan lapisan tembaga yang dipotong di dinding dalaman lubang.

Dengan beberapa perubahan algebraik sederhana, perlawanan melalui lubang boleh dikatakan sebagai R=ϙL/[ϙ(dt-T2)], di mana ϙ adalah perlawanan pembuluhan tembaga (2.36μϙ /in. Pada 25 darjah Celsius). Perhatikan bahawa resistiviti peletak tembaga jauh lebih tinggi daripada peletak tembaga murni. Kami menganggap bahawa tebal t penutup dalam lubang adalah umumnya 1 mil, yang bebas dari berat foil tembaga pada papan sirkuit. Untuk plat 10 lapisan dengan tebal 3.5 mil dan berat tembaga 2Oz. L sekitar 63mil.

Berdasarkan asumsi di atas, saiz lubang umum dan perlawanan diberikan dalam Jadual 3. Kita boleh menyesuaikan nilai ini untuk tebal plat tertentu kita. Terdapat juga banyak program komputer yang mudah digunakan melalui lubang tersedia online.

Ini adalah cara mudah untuk menghargai resistensi dc bagi garis PCB atau pesawat. Geometri kompleks boleh dibatalkan ke kuasa dua tembaga berbilang saiz untuk kira-kira seluruh kawasan foil tembaga. Setelah berat foil tembaga ditentukan, perlawanan mana-mana kuasa dua saiz adalah kuantiti yang diketahui. Dengan cara ini, proses perhitungan dipadamkan kepada kiraan sederhana kuasa dua tembaga.