1 試驗(yàn)過程

該過程用于確定使用覆銅跡線作為分流電阻器的可行性和性能，其涉及到測試多個不同的覆銅跡線的寬度、長度和幾何形狀。試驗(yàn)設(shè)置如圖 1-1 和圖 1-2 所示。這兩個電路板統(tǒng)稱為“版本 A”。

這里總共測試了四個跡線寬度：8mil、100mil、200mil 和 1750mil。這些跡線各自均在長度為一英寸、二英寸和三英寸且有電流流過的條件下進(jìn)行了測試。此外，各跡線均從跡線底部（紅色層上跡線的下緣）抽頭并從中間通孔連接到另一層（藍(lán)色層）。在本文檔中，“分接點(diǎn)”是指覆銅跡線上使用差分放大器測得電壓的位置。如果溫度和尺寸已知，那么便可以計算出兩點(diǎn)之間的電阻。這里在跡線的底部和中間選擇了分接點(diǎn)，以便調(diào)查檢測線路位置對電壓測量的影響。流過導(dǎo)體的電流大小與導(dǎo)線的電阻成反比，這意味著測量中間的電壓理論上應(yīng)該會得到不同的結(jié)果，因?yàn)榕c跡線的中間相比，電流需要流過更長的覆銅跡線才能達(dá)到跡線的底部，因而對應(yīng)的電阻會更大。這里通過使用跡線上的不同分接點(diǎn)測試了多個長度，展示跡線的線性度。如果跡線電阻表現(xiàn)為線性，那么三英寸分接點(diǎn)處的電阻應(yīng)該是一英寸分接點(diǎn)處的三倍。另外，圖 1-1 中還顯示了所謂的“方形”幾何形狀（頂部往下的第二個跡線）。這是一個 8mil 跡線，旨在檢查更改電流路徑對總體電阻測量造成的影響。

覆銅跡線分流分接點(diǎn)通過覆銅跡線檢測線路連接到 INA190 儀表放大器。INA190 系列器件是電壓輸出、電流分流監(jiān)控器（也稱為電流檢測放大器），常用于過流保護(hù)、針對系統(tǒng)優(yōu)化的精密電流測量或閉環(huán)反饋電路。該系列器件可在獨(dú)立于電源電壓的 –0.1 V 至 +40V 共模電壓下檢測分流器上的壓降。共有五種固定增益可供選擇：25V/V、50V/V、100V/V、200V/V 或 500V/V。之所以選擇 INA190 是因?yàn)樗哂械洼斎肫秒娏?，而這可以提高電壓測量的精度。對于每個跡線，這里記錄了多個已知電流下每個點(diǎn)（距離跡線底部和中間一英寸、兩英寸和三英寸）的 INA190 輸出，并使用電流和放大器的增益值轉(zhuǎn)換成了電阻測量值。從每個跡線拉取的最大電流電平由制造商提供的電流寬度計算器來確定。這里使用了四個不同的電流（1A、5A、10A 和 50A）來計算保持跡線溫度升高 20°C 以內(nèi)的最小跡線寬度。這些寬度經(jīng)過了四舍五入，以便獲得可以安全地處理給定電流的跡線寬度，并且這些電流也定義為測試特定跡線所需的最大電流。8mil 跡線采用 1A 電流，100mil 跡線采用 5A 電流，200mil 跡線采用 10A 電流，而 1750mil 跡線采用 50A 電流。所選的 INA190 增益設(shè)置是為了避免理想覆銅跡線電阻器在給定的最大電流流過時發(fā)生飽和，并假定電源電壓約為 5V。100mil、200mil 和 1750mil 跡線全都使用了增益為 100V/V 的 INA190 A3，而 8mil 跡線使用了增益為 50V/V 的 INA190 A2。

通過從給定的 INA190 輸出計算電阻，便可以看到覆銅跡線電阻隨著電流電平增加的變化方式。此外，這些測試都是在溫度受控的環(huán)境下使用四種不同的環(huán)境溫度水平重復(fù)執(zhí)行的：0°C、25°C、55°C 和 85°C。雖然 25°C 在傳統(tǒng)上被視為室溫，但是本例中的 25°C 設(shè)置與此處稱為室溫的情況不同，因?yàn)?25°C 是溫度控制值，而“室溫”是指測量是在溫度受控環(huán)境之外完成的。在四種不同溫度水平下進(jìn)行測試反映了電阻隨溫度的變化情況。對于這些測試，僅使用了三英寸測試點(diǎn)，但同樣也測試了中間和底部分接點(diǎn)。

電流階躍測量通過調(diào)整與跡線串聯(lián)的電子負(fù)載以拉取所需電流電平來獲得。為了獲得精確的結(jié)果，這里使用萬用表測量了與跡線和電子負(fù)載串聯(lián)的精密電阻器上的電壓，以準(zhǔn)確確定有多少電流流過跡線。盡管跡線上由電阻器和萬用表組合測得的實(shí)際電流會在一個小的正負(fù)電流值范圍內(nèi)變化，但每個跡線最初都使用電子負(fù)載所指定的 0A 進(jìn)行測試。共模電壓設(shè)置為約 5V。

盡管 圖 1-1 和圖 1-2 中并未顯示，但是 TMP235 溫度傳感器是通過一段導(dǎo)熱膠帶粘貼到每個跡線中間的。TMP23x 器件是高精度 CMOS 集成電路線性模擬溫度傳感器系列，其輸出電壓與溫度成比例。此傳感器上覆蓋有導(dǎo)熱膠帶，從而進(jìn)一步增加與跡線的接觸并與周圍環(huán)境隔溫。此傳感器獲取關(guān)于跡線溫度的數(shù)據(jù)，以確定溫度對跡線電阻和性能的影響。在 0A 電流階躍條件下獲得的溫度數(shù)據(jù)用作基準(zhǔn)溫度測量值，旨在考慮可能導(dǎo)致跡線溫度與環(huán)境溫度之間出現(xiàn)偏差的任何變量，尤其是在更加受控的環(huán)境中。

結(jié)果按照是否在溫度受控環(huán)境中獲得來進(jìn)行分組。獲取數(shù)據(jù)的過程相對比較簡單。對于室溫測量，該過程涉及到電流大致按照對數(shù)形式從 0A 逐漸增加到每個跡線的最大電流電平。在移到下一個電流階躍時，記錄了一英寸、兩英寸和三英寸位置的 INA190 輸出。然后，使用 TMP235EVM 評估軟件來監(jiān)測 TMP235 傳感器的溫度輸出，直到其停止增加。在該點(diǎn)，以 2Hz 采樣率記錄了 50 個溫度樣本并取平均值來確定跡線溫度。在測試過程中，可以觀察到所測最后一個分接點(diǎn)與溫度記錄之間發(fā)生了可能非平凡溫度升高，這意味著 INA190 輸出可能在溫度穩(wěn)定過程中發(fā)生了變化。為此，該過程針對溫度受控測試進(jìn)行了細(xì)微修改。由于這些測試都是在溫度室內(nèi)執(zhí)行的，因此首先使用了 TMP235 來確保在任何測試開始之前跡線已經(jīng)使用環(huán)境室溫度進(jìn)行了均衡。然后，使用較少的電流階躍再次從 0A 到最大值的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。不過，這種情況下，在 INA190 輸出和 TMP235 輸出穩(wěn)定之前，沒有記錄任何值。Topic Link Label2詳細(xì)介紹了這兩種測試設(shè)置的結(jié)果。