一种快速估计PCB走线电阻的方法

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Via 直径越小 ,电阻越大
PCB 灌孔Via --电阻计算
表3给出了常见的过孔尺寸及其电阻。 我们可以针对自身特殊的板厚,调整这些数值的高低。 另外,网上也有许多免费易用的过孔计算程序(参考文献2及3)可供参阅。
以上就是一种估计印刷电路板走线或平面直流电阻的简单方法。 复杂的几何形状可以分解成多个不同尺寸的铜方块,以近似于整个铜箔区。 一旦确定了铜箔的重量,则任何尺寸方块的电阻值就都是已知量了。 这样,估计的流程就简化为单纯的铜方块数量统计。
图表二
过孔电阻的计算是基于如图表二所示的简化之后的 过孔几何形状。
沿着过孔长度(L)方向的电流(如箭头所指)穿 过一个截面积区域(A)。 厚度(t)取决于过孔内壁电镀的铜层厚度。
PCB 灌孔Via --电阻计算
简单的代数变换,过孔电阻可表示为R =ρL/(π(Dt –t2)),
其中,ρ是镀铜的电阻率(25 ° C下为2.36 μΩ -in)。 镀铜的电阻率远高于纯铜的电阻率。 假设过孔中镀层的厚度t一般为1 mil,它与电路板的铜箔重量无关。 对于一个10层板,层厚为3.5 mil,铜重量为2 oz时,L大约为63 mil。 L = R x (π(Dt –t2))/ ρ
印刷电路板走在线一个方块的电阻值与铜箔厚度之间的函数关系。 铜箔厚度一般用铜箔重量来指定。 例如,1 oz铜指的是每平方英尺重量为1 oz。
简易计算电阻值的方式
图表一
图表一
由于材料具有正温度系数,铜电阻值会随温度的升高而增加。
电阻与温度的关系
PCB 直线Layout---电阻计算
一条长方形的铜走线,在25°C时其重量约为0.5 oz。 走线宽度为1英寸,长度为12英寸。 我们可以将走线分解成连续的方块,每个方块的边长都是1英 寸。这样,总共就有12个方块。 按照下图示,每个0.5 oz重的铜箔方块的电阻为1 m Ω,现在 共有12个方块,因此走线的总电阻为12 mΩ。
PCB 直线Layout---电阻计算
依据下图计算
当温度在25°C时 ,铜厚为0.5oz (电阻为 1 mΩ) 12 英吋时的电阻值计算 = 12 x 1 MΩ = 12 mΩ
图表一
PCB 转角Layout---电阻计算
假定电流是沿方块的一边呈直线流动,从一端流向另一端(如图3a所示)。 如果电流要转个直角的角度(如图中的方形直角),我们会发现,方块左 下方部分的电流路径要短于右上方的部分 (b)。 因此,电流会聚集在电阻较低的左下方区域。所以,这个区域的电流密度 就会比右上方区域高。
方块统计: 一种快速估计PCB走线电阻的方法
简易计算电阻值的方式
图1中的铜方块说起。 该铜块的长度为L, 宽度也为L(因为是正方形), 厚度为t, 电流通过的铜箔区截面积为A。
该铜块的电阻可简单表示为 R= ρL/A, 其中,ρ是铜的电阻率(这是材料 的固有特性,在25°C时为0.67 μΩ in.)。
图1 长度为L,宽度为L(因为是正方形), 厚度为t的铜块。
截面A是长度L与厚度t的乘积(A = Lt)。 分母中的L与分子中的L相互消去,只留下R= ρ /t。因此,铜块的电阻与方块的尺 寸无关,它只取决于材料的电阻率与厚度。 我们知道任何尺寸铜方块的电阻值,并可将需要估计的整条走线分解成多个方块, 就可加算(统计)方块数量,从而得出走线的总电阻!
6 × 0.5 mΩ=3 mΩ。
六个完全正方块 铜厚1oz(25℃)
B.)加上两个有连接器的方块,每个按0.14个方块计算(图5c)。 因此,两个连接器算0.28个方块(2 × 0.14)。 对于1 oz铜箔,这增加了0.பைடு நூலகம்4 mΩ的电阻
(0.28 × 0.5 m Ω =0.14 mΩ) 两个连接器 铜厚1oz(25℃)
举例 : 电阻计算
C.)三个转角方块。每个按0.56个方块计算, 总共为3 × 0.56 × 0.5 m Ω=0.84 mΩ。
因此,从A到B的总电阻为3.98 mΩ (3 mΩ+0.14 mΩ+0.84 mΩ)
归纳如下: (A.)六个为1的全正方形 = 6个等效方块; (B.)两个为0.14的连接器方块 = 0.28个等效方块; (C.)三个为0.56的转角方块 = 1.68个等效方块
PCB 转角Layout---电阻计算
一个转角方块的电阻只相当于0.56个正方形(图4) (参考文献1)。
图4 当电流流过转角时,电流密度较高,这意味着一个转角方块的电阻只能按0.56 个正方形来计算
举例 : 电阻计算
用一个较为复杂的例子来说明如何使用这种技术。 下图为一个较复杂的形状,计算它的电阻需要费点工夫。 这个例子里,我们假设条件是25° C下铜箔重量为1 oz, 电流方向是沿走线完整的长度,从A点到B点。A端和B端都放有连接 器。
(B.) (A.)
(C.) (A.) (C.)
(A.)直线Layout 区块 (B.)连接器 区块 (C.)转角Layout区块
(A.)
(B.)
(C.) (A.) (A.) (A.)
举例 : 电阻计算
图5C
A.) 共有六个完全正方块,两个包括连接器的正方块,还有三个转角方块。 由于1 oz铜箔的电阻为0.5 mΩ/方块(图表一所示),并且电流线性地流 过六个全方块,这些方块的总电阻为:
总等效方块数 = 7.96个等效方块 (6 + 0.28 + 1.68 =7.96)
电阻(A到B) = 7.96个方块的电阻,因每方块为0.5 mΩ,于 是总电阻 = 3.98 mΩ
PCB 灌孔Via --电阻计算
一般而言,当过孔连接两根走线(或平面)时, 它就构成了一个串联电阻组件。经常会采用多个 并联过孔的方法,以降低有效电阻。
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