Teknik PCB - Perkiraan pantas nilai resistensi kabel papan PCB

Biasanya kita perlu memperkirakan perlawanan wayar atau pesawat pada papan sirkuit cetak, daripada membuat pengiraan yang membosankan. Walaupun terdapat layout papan sirkuit cetak dan program pengiraan integriti isyarat yang boleh menghitung perlawanan kawat, kadang-kadang kita berharap untuk mengadopsi kaedah penilaian cepat dan kasar dalam proses desain.

Terdapat cara untuk melakukan ini dengan mudah, dipanggil "statistik blok". Dengan kaedah ini, nilai lawan (kira-kira 10%) bagi mana-mana geometri boleh diharapkan dalam beberapa saat. Setelah kaedah ini dikawal, kawasan PCB yang diharapkan boleh dibahagi ke beberapa blok. Selepas menghitung bilangan semua blok, nilai perlawanan seluruh kabel atau pesawat boleh diharapkan.

Konsep asas

Koncep kunci statistik blok ialah nilai perlawanan papan sirkuit cetak kuasa dua bagi mana-mana saiz (ditentukan oleh tebal) adalah sama dengan nilai blok saiz lain. Nilai perlahan blok positif hanya bergantung pada resistiviti bahan konduktif 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.

Mari kita mulakan dengan blok tembaga dalam Figur 1. Panjang blok tembaga ialah l, lebar ialah l (kerana ia kuasa dua), tebal ialah t, dan kawasan segi-segi foil tembaga melalui mana semasa melewati ialah a. Penegangan blok tembaga boleh dikatakan sebagai R = ϷL / A, - di mana ϯ adalah resistiviti tembaga (ini adalah sifat yang inherent bahan, iaitu 0.67 μ Ω / in.) pada 25 darjah Celsius.

Perhatikan, bagaimanapun, seksyen a adalah produk panjang L dan tebal t (a = LT). L dalam penyebut dan L dalam molekul membatalkan satu sama lain, meninggalkan hanya r = Ï / T. Oleh itu, resistensi blok tembaga tidak ada kaitan dengan saiz blok, ia hanya bergantung pada resistensi dan tebal bahan. Jika kita tahu nilai perlawanan mana-mana blok tembaga saiz, dan boleh pecahkan keseluruhan laluan untuk dijangka ke blok berbilang, maka kita boleh tambah (kira) bilangan blok untuk mendapatkan keseluruhan perlawanan wayar.

sedaran

Untuk menyadari teknologi ini, kita hanya perlukan jadual, yang memberikan hubungan fungsi antara nilai lawan blok pada jejak papan sirkuit cetak dan tebal foil tembaga. Ketebasan foli tembaga secara umum dinyatakan oleh berat foli tembaga. Contohnya, 1 oz tembaga bermakna 1 oz per kaki kuasa dua.

Jadual 2 memberikan berat empat foil tembaga biasa dan resistiviti mereka pada 25 darjah Celsius dan 100 darjah Celsius. Perhatikan bahawa kerana bahan mempunyai koeficien suhu positif, resistensi tembaga meningkat dengan meningkat suhu. Contohnya, kita sekarang tahu bahawa perlawanan 0.5 oz. persegi foil tembaga adalah kira-kira 1 m Ω, yang bebas dari saiz blok. Jika kita boleh pecahkan kawat papan sirkuit cetak untuk diukur ke beberapa blok maya, dan kemudian tambah blok ini bersama-sama, kita boleh mendapatkan perlawanan kawat.

Mari kita ambil contoh sederhana. Gambar 2 menunjukkan wayar tembaga segiempat dengan berat kira-kira 0.5oz pada 25 darjah Celsius, dengan lebar 1 inci dan panjang 12 inci. Kita boleh pecahkan laluan ke dalam siri kuasa dua, masing-masing satu inci panjang. Jadi, terdapat jumlah 12 kuasa dua. Menurut jadual 2, resistensi setiap 0.5oz. Blok foil tembaga berat adalah 1m Ω. Sekarang terdapat 12 blok, jadi total lawan kawat adalah 12m Ω.

Bagaimana kalau berputar?

Untuk memudahkan pemahaman, artikel sebelumnya menyenaraikan contoh yang sangat mudah, mari kita lihat keadaan titik kompleks.

Pertama-tama, dalam contoh sebelumnya, kita menganggap bahawa arus semasa dalam garis lurus sepanjang satu sisi kuasa dua, dari satu hujung ke yang lain (seperti yang dipaparkan dalam figur). Bagaimanapun, jika semasa hendak bengkok pada sudut kanan (seperti pada kuasa dua dalam Figur 3B), situasi agak berbeza.

Dalam contoh sebelumnya, kita anggap bahawa semasa mengalir dalam garis lurus sepanjang satu sisi kuasa dua, dari satu hujung ke yang lain (seperti yang dipaparkan dalam figur). Jika semasa adalah untuk mengambil bengkok sudut kanan (seperti sudut kanan kuasa dua dalam Figur 3B), kita akan mendapati bahawa laluan semasa di bahagian kiri bawah blok adalah lebih pendek daripada yang di bahagian kanan atas. Apabila semasa mengalir melalui sudut, densiti semasa adalah tinggi, yang bermakna perlawanan kuasa dua sudut hanya boleh dihitung sebagai 0.56 kuasa dua.

Sekarang kita lihat bahawa laluan semasa di bahagian bawah kiri kuasa dua lebih pendek daripada bahagian atas kanan. Sebagai hasilnya, semasa akan berkumpul di kawasan kiri bawah di mana perlawanan rendah. Kepadatan semasa di kawasan ini akan lebih tinggi daripada di kawasan kanan atas. Jarak antara panah menunjukkan perbezaan dalam ketepatan semasa. Sebagai hasilnya, lawan kuasa dua sudut hanya 0.56 kuasa dua

Dengan cara yang sama, kita boleh buat beberapa pengubahsuaian pada konektor yang disediakan untuk papan PCB. Di sini, kita beranggapan bahawa perlawanan konektor adalah sia-sia dibandingkan dengan perlawanan foil tembaga.

Kita boleh lihat jika konektor memegang sebahagian besar dari kawasan foil tembaga untuk diuji, perlawanan kawasan itu harus dikurangkan sesuai. Figur 5 menunjukkan struktur bagi tiga sambungan terminal dan pengiraan blok yang sama (ref. 1). Kawasan berwarna mewakili pins sambungan dalam kawasan foil tembaga.