ZHCABK4 January 2022 INA138 , INA138-Q1 , INA139 , INA139-Q1 , INA168 , INA168-Q1 , INA169 , INA169-Q1 , INA170 , INA180 , INA180-Q1 , INA181 , INA181-Q1 , INA183 , INA185 , INA186 , INA186-Q1 , INA190 , INA190-Q1 , INA191 , INA193 , INA193A-EP , INA193A-Q1 , INA194 , INA194A-Q1 , INA195 , INA195A-Q1 , INA196 , INA196A-Q1 , INA197 , INA197A-Q1 , INA198 , INA198A-Q1 , INA199 , INA199-Q1 , INA200 , INA200-Q1 , INA201 , INA201-Q1 , INA202 , INA202-Q1 , INA203 , INA203-Q1 , INA204 , INA205 , INA206 , INA207 , INA208 , INA209 , INA210 , INA210-Q1 , INA211 , INA211-Q1 , INA212 , INA212-Q1 , INA213 , INA213-Q1 , INA214 , INA214-Q1 , INA215 , INA215-Q1 , INA216 , INA2180 , INA2180-Q1 , INA2181 , INA2181-Q1 , INA219 , INA2191 , INA220 , INA220-Q1 , INA223 , INA225 , INA225-Q1 , INA226 , INA226-Q1 , INA228 , INA228-Q1 , INA229 , INA229-Q1 , INA2290 , INA230 , INA231 , INA233 , INA234 , INA236 , INA237 , INA237-Q1 , INA238 , INA238-Q1 , INA239 , INA239-Q1 , INA240 , INA240-Q1 , INA270 , INA270A-Q1 , INA271 , INA271-HT , INA271A-Q1 , INA280 , INA280-Q1 , INA281 , INA281-Q1 , INA282 , INA282-Q1 , INA283 , INA283-Q1 , INA284 , INA284-Q1 , INA285 , INA285-Q1 , INA286 , INA286-Q1 , INA290 , INA290-Q1 , INA293 , INA293-Q1 , INA300 , INA300-Q1 , INA301 , INA301-Q1 , INA302 , INA302-Q1 , INA303 , INA303-Q1 , INA3221 , INA3221-Q1 , INA381 , INA381-Q1 , INA4180 , INA4180-Q1 , INA4181 , INA4181-Q1 , INA4290 , INA901-SP , LM5056A , LMP8278Q-Q1 , LMP8480 , LMP8480-Q1 , LMP8481 , LMP8481-Q1 , LMP8601 , LMP8601-Q1 , LMP8602 , LMP8602-Q1 , LMP8603 , LMP8603-Q1 , LMP8640 , LMP8640-Q1 , LMP8640HV , LMP8645 , LMP8645HV , LMP8646 , LMP92064
由于已知每個電流階躍的精密電流測量值,因此可以通過使用電流跡線電阻計算器來計算理論上每個跡線在給定寬度和長度條件下的理想電阻,從而確定每個跡線的 INA190 輸出。在 0A 電流階躍條件下獲得的溫度數(shù)據(jù)解釋為環(huán)境溫度,并計入此理論理想電阻值。這里假定跡線具有 1oz 厚度的覆銅。通過分析與此預期值的偏差,可以了解使用覆銅跡線作為分流電阻器的可行性。圖 2-1 以圖表形式顯示了三英寸測量中所有測量跡線在室溫(不受控制的溫度環(huán)境)下的這些偏差。對于一英寸和二英寸位置,這些圖表幾乎完全相同,因此已在這里忽略。表 2-1 顯示了每個跡線的平均誤差。這些誤差不包括 0A 的誤差百分比值,因為此電流電平很小,以至于一些跡線的百分比誤差接近 20000%,部分原因是 INA190 的失調誤差。表 2-1 中的“電路板 1”和“電路板 2”是指同一版本的不同迭代,其中每個版本均具有三種電路板,而這些電路板都具有相同的布局。
跡線 | 平均誤差百分比 | 平均值 | ||
---|---|---|---|---|
1” | 2” | 3” | ||
8mil | –51.95% | –53.64% | –53.20% | –52.93% |
8mil 方形* | - | - | –58.01% | –58.01% |
100mil 底部分接,電路板 1 | –43.08% | –44.20% | –48.73% | –45.34% |
100mil 底部分接,電路板 2 | –54.77% | –55.05% | –54.52% | –54.78% |
100mil 中間分接 | –38.53% | –39.25% | –39.15% | –38.98% |
200mil 底部分接 | –31.10% | –32.09% | –32.36% | –31.85% |
200mil 中間分接 | –35.01% | –35.27% | –35.36% | –35.21% |
1750mil 底部分接 | 1.48% | –1.25% | –3.44% | –1.07% |
1750mil 中間分接 | 0.90% | –1.49% | 0.58% | 0.00% |
沒有明顯誤差的跡線只有 1750mil 跡線。需要注意的是,在低電流電平(小于 1A)條件下,1750mil 具有正誤差,但從 1A 到 50A 范圍內,誤差變?yōu)樨撝?。所有其他跡線都具有很大的誤差,不過這些誤差非常一致。另外,可以注意到電路板 1 和電路板 2 上的測量值之間存在差異,如兩個“100mil 底部分接”數(shù)據(jù)點所示。最后,在跡線中間測量的值不同于在跡線底部測量的值。不過,該影響無法預測。一些是更好的近似值,但另一些則是更差的近似值。100mil 跡線顯示了最大的差異,誤差差異為 6.36%。1750mil 跡線也在中間分接處具有更好的近似值。
為了確定大誤差的原因,我們將其中一個電路板切成兩半并使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行分析。跡線橫截面的 SEM 分析表明,跡線厚度遠大于所需的 1 oz/ft2 覆銅。圖 2-2 顯示了其中一個跡線橫截面,而表 2-2 顯示了實際的跡線厚度。
PC 電路板 | 厚度(μm) | 厚度(oz/ft2) | 寬度(mm) | 寬度(mil) |
---|---|---|---|---|
100mil 底部 | 63.5 | 1.82 | 2.50 | 98.4 |
100mil 中間 | 62.4 | 1.79 | 2.28 | 89.8 |
1750mil | 41.7 | 1.20 | 44.58 | 1755.1 |
200mil 中間 | 62.1 | 1.78 | 4.78 | 188.2 |
200mil 底部 | 61.2 | 1.76 | 4.33 | 170.5 |
如表 2-2 所示,與理想的 1oz(34.8μm)相比,一些跡線的厚度幾乎是預期值的兩倍。跡線越厚,電阻就越小,這也就說明了為什么一些跡線誤差百分比位于 –40% 至 –50% 范圍。
聯(lián)系 PCB 制造商后找出了相關的原因,即較小覆銅跡線的厚度遠大于預期值。由于 PCB 外側的覆銅工藝,周圍覆銅較少的圖案通常會更厚。因此,對于 100mil 和 200mil 跡線,由于它們與其他覆銅圖案相對隔離,因此厚度較大。不過,1750mil 跡線足夠大,受這種影響較小,因此厚度與預期值更為接近。國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會(IPC)發(fā)布的標準就充分證明了這一點。IPC 標準規(guī)定了最小覆銅跡線厚度,但沒有規(guī)定最大厚度。實際上,這就意味著,任何用作分流電阻的跡線在電阻大小上始終都小于預期值,而且跡線寬度越小,受到的影響就越明顯。圖 2-3 中顯示了相關的 IPC 標準。(表格經 IPC 許可復制)。
事實上,即便是在同一電路板上,跡線寬度也可能不同,因此很難確定方形跡線是否會對跡線電阻產生影響,盡管第二個版本中重新檢查了該比較,詳見Topic Link Label3。
根據(jù)表 2-2 中的數(shù)據(jù),我們修改了跡線電阻的預估值,以嘗試更好地匹配試驗結果。厚度不再設置為 1oz 覆銅,而是按照表 2-2 中的條目進行設置。另外,由于之前的電阻測量假定使用 25°C 環(huán)境溫度,因此新的溫度設置為 TMP235 在 0A 電流階躍條件下讀取到的任何溫度。表 2-3 顯示了調整后的結果。
跡線 | 平均誤差百分比 | 平均值 | ||
---|---|---|---|---|
1” | 2” | 3” | ||
100mil 底部分接 | –10.11% | 22.22% | 0.61% | 4.24% |
100mil 中間分接 | –13.09% | 18.92% | 6.69% | 4.17% |
200mil 底部分接 | 3.14% | 1.70% | 1.18% | 2.01% |
200mil 中間分接 | 9.38% | 8.68% | 8.61% | 8.89% |
1750mil 底部分接 | 21.87% | 18.80% | 16.10% | 18.92% |
1750mil 中間分接 | 21.17% | 18.51% | 20.92% | 20.20% |
完成調整過程后,各跡線的誤差都出現(xiàn)了顯著下降,不過 1750mil 跡線除外,該跡線的誤差出現(xiàn)了顯著增加。表 2-1 中所示的中間分接點與底部分接點之間的差異也不那么明顯,但 1750mil 跡線中該差異甚至反而變得明顯。
由于覆銅跡線在電流通過時會發(fā)熱,因此這里記錄了覆銅跡線相對于其上電流的推算電阻。在整個測量過程中,跡線可能會持續(xù)升溫,如Topic Link Label1中所述。這一事實可能會導致誤差。根據(jù)后續(xù)測試中觀察到的情況,受到溫度均衡過程中額外跡線發(fā)熱的影響,很可能會導致最大約 0.5mΩ 的電阻差異。圖 2-4 顯示了跡線電阻隨電流的變化情況。8mil 跡線沒有對應的溫度數(shù)據(jù)。
從這些圖中可以看到,對于小電流值,跡線電阻呈現(xiàn)出非線性行為,但在某一點后,電阻會大致隨電流呈線性變化。這很可能是由于 INA190 偏移誤差在輸出較小時影響較大。跡線具體會在哪一點后開始呈現(xiàn)出線性取決于跡線的尺寸,其中 100mil 跡線會在約 0.1A 時進入此區(qū)域,200mil 跡線會在約 0.2A 時進入,而 1750mil 跡線會在約 2.5A 時進入。該信息非常重要,請務必牢記,因為它表明只是讓電流通過跡線就會影響電阻。在任何采用覆銅跡線的應用中,都必須考慮跡線電阻以該方式實現(xiàn)穩(wěn)定所需的時間。
最后,電路板上連接的溫度傳感器指示了跡線溫度隨著電流增加的變化情況。對于獲得的大多數(shù)器件,預計都會出現(xiàn)強勁的上升趨勢。當跡線較小時,無法保證傳感器與跡線完全接觸,溫度結果可能會因周圍的 PCB 而出現(xiàn)偏差。不過,在傳感器記錄到的跡線溫度停止增加之前,不會記錄溫度數(shù)據(jù),因此這些值在理論上應代表著所有變化均已發(fā)生后的穩(wěn)定讀數(shù)。圖 2-5 顯示了跡線溫度圖。
這里選擇了最大電流值,以使溫度從環(huán)境溫度升高約 20°C。圖 2-5 中的很多圖并非如此。不過,寬度類似的跡線確實具有類似的溫度升高現(xiàn)象。這種溫度未按預期升高的情況很可能是由前文討論的制造公差導致,否則不會很明顯,因為溫度升高計算涉及到多個假設以及舍入誤差。