Elektronik tasarım - PCB düzenleme yeteneklerinin dirençlik değerini nasıl tahmin etmek

Genelde sıkıcı hesaplamalar yapmak yerine yalnız bir çizgi ya da uça ğın direniğini çabuk tahmin etmeliyiz. Çıkış çizgisinin dirençliğini hesaplamak için kullanılabilecek devre tahtası düzenlemesi ve sinyal integritet hesaplamaları varsa da, tasarım sürecinde hızlı ve zor tahmin etmek istediğimiz zamanlar var.

Bunu yapmanın kolay bir yolu "küp sayısı" denir. Bu yöntemi kullanarak, her geometrinin dirençliğini birkaç saniye (yaklaşık 10%) içinde tahmin edilebilir. Bu yöntem başarılı olduğunda, tahmin edilecek PCB bölgesi kare bölünebilir ve tüm çizgi ya da uçağın direksiyonu kare sayısını sayarak tahmin edilebilir.

Temel bir konsept.

Kare istatistiklerinin anahtarı olarak, her boyutta (kalınlık belirlenmiş) kare basılı devre tahtası, diğer boyutta kare ile aynı dirençliği olacaktır. Pozitif karenin dirençli değeri sadece hareketli maddelerin ve kalınlığının dirençliğine bağlı. Bu konsept her tür yönetici materyale uygulanabilir. Tablo 1, ortak yarı yönetici materyallerini ve büyük dirençliğini gösteriyor.

Bastırılmış devre tahtaları için önemli materyal bakır, bu da çoğu devre tahtaları için süt materyalidir (notu: aluminium integral devrelerin çip çekirdeğini metallise etmek için kullanılır ve aynı prinsipler aluminiyuma uygulanır)

Şekil 1'deki bakra karesinden başlayalım. Bakar bloğunun uzunluğu L, genişliği L (çünkü kare), kalınlığı T ve mevcut akışlarının karışık bölgesinde A'dir. Bakar bloğunun karşılığı sadece R=ρL/A olarak ifade edilebilir, ve ρ bakar dirençlidir (bu materyalin içerisindeki malzemesi, 0,67μ ϱ137; /in. 25 derece Celsius).

Ama bir bölüm A, uzunluğun L ve kalın t (A=Lt) ürün. Bölümündeki L, sayıcıdaki L ile iptal eder ve sadece R=ρ/t bırakır. Bu yüzden, bakra bloğunun dirençliği bloğun boyutundan bağımsız, sadece materyalin dirençliğine ve kalınlığına bağlı. Eğer büyüklüğünün bakra karelerinin direnişini biliyorsak ve bütün çizgiyi karelere bölebilirsek, çizginin toplam direnişini almak için karelerin sayısını ekleyebiliriz.

uygulama

Bu tekniki gerçekleştirmek için tek ihtiyacımız olan bir masa, PCB çizgisinde bir karenin dirençli değerinin fonksiyonunu gösteriyor ve bakır yağmurunun kalıntısını gösteriyor. Bakar yağmurun kalınlığı genellikle bakar yağmuru ağırlığıyla belirtilir. Örneğin, 1oz. Bakar 1oz demek. Dört ayak boyunca.

Tablo 2, genelde kullanılan dört tane bakra yağmalarının ve elektrik rezistencilerinin ağırlığını 25 derece Celsius ve 100 derece Celsius ile gösteriyor. Bakar dirençlik değeri materyalin pozitif sıcaklık koefitörü yüzünden yükselmesiyle arttığını unutmayın. Örneğin, şimdi biliyoruz ki, 0,5oz karesinde bakır folisinin yaklaşık 1 MEgohm'un direksiyonu var, karenin boyutundan bağımsız bir değer. PCB sürücüsünü bölüştürebilirsek, sanal karelere ölçülmemiz gerekiyor ve bu kareleri birlikte eklememiz gerekiyor.

Basit bir örnek yapalım. Görüntü 2, yaklaşık 0,5oz a ğırlığında dörtgenç bakır kablosu gösteriyor. 25°C'de, 1 inç boyutlu ve 12 inç uzunluğu olan tel genişliği vardır. Her kare tarafı 1 inç uzunluğunda bir dizi kare bölebiliriz. Yani 12 bira var. Tablo 2'e göre, her 0,5oz karşılığına karşılık. Weight copper foil karesi 1m ϱ137; şimdi 12 kare var, bu yüzden telin toplam karşılığı 12m ϱ137.

Peki ya dönüş?

Bu anlamak için çok basit bir örnek, ama biraz daha karmaşık bir şeye bakalım.

Öncelikle, hatırlayın ki önceki örnekte, şu akışın karenin bir tarafından diğer tarafından doğru bir hatta akıştığını tahmin ediyorduk (3.A figürü görün). Ancak, eğer akışın doğru a çı dönüştürmesi gerekirse (3B figüründeki kare sağ açı), durum biraz farklıdır.

Önceki örnekte, şu akışın karenin bir tarafından, bir tarafından diğerine doğru bir hatta akıştığını tahmin ettik (3.A Şekil). Eğer şuradaki sağ Uçuk dönüşünü alırsa (Şekil 3B'deki kare sağ Uçuk), karşıdaki yolun sağ kısmından daha kısa olduğunu bulacağız. Ağır bir köşeden geçerken, şu anda yoğunluğun yüksektir, yani köşe karesinin dirençliğini sadece 0,56 kare olarak hesaplanabilir.

Şimdi şu anki yolun karenin alt sol kısmında sağ kısmından daha kısa olduğunu görüyoruz. Sonuç olarak,

rrent, direnişin düşük olduğu aşağı sol bölgeye kalabalık yapacak. Bu bölgedeki mevcut yoğunluğu sağdaki ağımdaki yoğunluğundan daha yüksek olacak. Okların arasındaki mesafe şu anda yoğunluğun farkını gösterir. Sonuç olarak, köşe karesinin dirençliği 0,56 kare eşittir.

Ayrıca, basılı devre tahtasına gönderilen bağlantılara bazı değişiklikler yapabiliriz. Burada, bağlantı direnişinin bakır yağmur saldırısına karşılaştığını tahmin ediyoruz.

Bağlantıcının değerlendirilmesi gereken bakar yağmur alanının büyük bir parçasını alırsa, bu bölgedeki dirençliğin bu şekilde azaltılması gerektiğini görebiliriz. Şekil 5, üç terminal bağlantı yapısını ve eşittiği kare hesaplamasını gösterir (referans 1). Gölgeden bölge bakır yağ bölgesindeki bağlantıcı pinleri gösteriyor.

Daha karmaşık bir örnek

Burada, bu tekniki nasıl kullanılacağını göstermek için daha karmaşık bir örnek kullanırız. FIG. 6A daha karmaşık bir şekildir ve dirençliğini hesaplamak için biraz çalışma gerekiyor. Bu örnekte, bakra yağmuru 25 derece Celsius'te 1oz ağırlığını tahmin ediyoruz ve akışın tüm uzunluğu boyunca A noktadan B noktadan geçiyor. Yukarıdaki gibi aynı teknik kullanarak, 6.b figüründe gösterilen karmaşık bir şekilde karmaşık bir dizi kare bölünebiliriz. Kvadratlar her uygun büyüklüğü olabilir ve bütün ilgi alanı farklı boyutlarda karelerle doldurabilirsiniz. Bir karemiz olduğu sürece, bakra kablosunun a ğırlığını biliyoruz, dirençliği biliyoruz.

Altı mükemmel kare, iki kare kare ve üç köşe kare var. 1oz direnişinden beri. Toprak yağmur 0, 5m Ï.; 137m; / kare, ve şu anda altı kare arasından linearli akışlar, bu karelerin toplam direksiyonu 6 x 0, 5m Ï 137m; =3m Ï; 137m.

Sonra, bağlantılarla iki kare ekleriz, her biri 0.14 kare ile hesaplanmış. Böylece, iki bağlantı 0,28 kare olarak sayıyor (2*0,14). 1oz için. Bakar folisi, bu 0,14m Ï 137m ekliyor; direksiyonun (0.28*0.5m Ï.: 137m; =0.14m Ï.: 137m;). artı üç köşe karesi. Her biri 0,56 kare ile hesaplanır, toplamı 3*0,56*0,5m Ï.; 137m; =0,84m Ï 13º7m;. B öylece A'den B'ye kadar toplam istikrarı 3,98m Ï 13º7m; (3m Ï.: 1377m; +0.14m Ï 137m; +0.84m Ï: 137m;).

Bazı arkadaşlar şöyle diyecekler ki, PCB nasıl bu kadar tuhaf şekilde çalışabilir? Ancak, sık sık sürücü direksiyonu hesaplamak gereken güç sağlaması sinyali ve güç sağlaması sinyali bazen bakra kaplıyor, bazı yasadışı şekiller oluşturuyor.

Toplam şu şekilde:

6 tam kare 1 =6 ekvivalent kare; 0,14'un iki bağlantı blok =0,28 eşit blok; 3 köşe kare 0.56 =1.68 eşit kare

Ekvivalent karelerin toplam sayısı =7.96 ekvivalent kareler

Resistans (A to B)=7,96 kare dirençliği, çünkü her kare 0,5m Ï.; 137m; bu yüzden toplam dirençliği =3,98m Ï 137m; bu teknik karmaşık geometriye kolayca uygulanabilir. Özellikle bir kablo direnişini öğrenince, voltaj düşürmesi veya güç tüketimini gibi diğer şeyleri hesaplamak kolay.

Deliği nasıl hesaplamak?

Yazılı devre tahtaları genelde tek katlardan yerine farklı katlarda yerleştirilir. Diğer katlar arasındaki bağlantıları düzenlemek için kullanılır. Her deliğin direnişi sınırlı. Bu yüzden her deliğin direniyeti kabloların toplam direniyetini hesapladığı zaman hesaplanılmalı. Genelde, iki kablo (ya da uçak) delikten bağlanıldığında, bir seri direnç elementi oluşturur. Çoklu paralel perforasyonlar etkili direnişleri azaltmak için sık sık kullanılır. Düşük düşük dirençliği, 7. Şekil'de gösterilen basitleştirilmiş delik geometriyle dayanılır. Döşeğin uzunluğu (L) boyunca ağır (ok tarafından belirtilen gibi) bir karışık bölge (A) tarafından geçer. Kalınlık (t) deliğin iç duvarındaki bakra katının kalınlığına bağlı.

Bazı basit cebir değişimlere göre, delik dirençliği R=ρL/[π(dt-T2)] olarak ifade edilebilir, ve ρ bakar plating dirençliğidir (2.36μ Ï 1377; /in. 25 derece Celsius). Bakar saldırımın dirençliği temiz bakır saldırısından çok yüksektir. Döşedeki kaplumanın kalıntısı genellikle 1 mil olduğunu tahmin ediyoruz. Bu devre tabağındaki bakra yağmurun ağırlığından bağımsız. 10 katı tabakası için 3,5 mil kalınlığı ve 2Oz bakra a ğırlığı vardır. Ben yaklaşık 63mil.

Yukarıdaki tahminlere göre, ortak delik boyutları ve dirençleri 3. tablosunda verilir. Bu değerleri özel tabak kalınlığımıza ayarlayabiliriz. Aynı zamanda internette kullanılabilecek çok kolay bir bilgisayar programı var.

Bu, PCB hattı ya da uça ğının dc direniğini tahmin etmek için basit bir yoldur. Karmaşık geometri farklı boyutların çoklu baker karesine bölünebilir ki tüm baker yağmur alanını yaklaştırmak için. Bakar yağmurun a ğırlığı kararlandığında, her boyutlu karenin dirençliği bilinen bir sayıdır. Bu şekilde değerlendirme süreci basit bir bakra kare sayısına kolaylaştırılır.