3 硬件版本 B

Topic Link Label2中得出的結(jié)果最初意味著，如果無(wú)法控制跡線的真厚度以及覆銅在電流流過時(shí)改變電阻這一傾向，則在實(shí)際應(yīng)用中使用覆銅跡線分流電阻器并不可行。不過，圖 3-1 顯示了另一種設(shè)計(jì)版本以及一種替代的試驗(yàn)設(shè)置，該試驗(yàn)設(shè)置可以展示如何避免之前討論的問題。此設(shè)計(jì)稱為“版本 B”。

頂部的跡線（請(qǐng)參閱圖 3-1）嘗試向 100mil 跡線周圍添加大量的覆銅（擴(kuò)展接地層），以減少 PCB 制造誤差的影響。第二個(gè)跡線是一個(gè)正常的 100mil 跡線，由 INA190（與第一個(gè)版本中一樣）和 INA181 進(jìn)行測(cè)量。INA181 電流檢測(cè)放大器專為成本優(yōu)化型應(yīng)用設(shè)計(jì)。該器件屬于雙向電流檢測(cè)放大器（也稱為電流分流監(jiān)控器）系列，可在獨(dú)立于電源電壓的 –0.2V 至 +26V 共模電壓范圍內(nèi)檢測(cè)電流檢測(cè)電阻器上的壓降。INAx181 系列器件在四個(gè)固定增益器件選項(xiàng)中集成了匹配的電阻器增益網(wǎng)絡(luò)：20V/V、50V、100V/V 或 200V/V。此匹配的增益電阻網(wǎng)絡(luò)可最大限度地減少增益誤差，并降低溫度漂移。將 INA181 與 INA190 進(jìn)行比較的原因是分析能否將覆銅跡線與更低成本的 INA181 結(jié)合使用來開發(fā)成本更低但精度也更低的電流檢測(cè)解決方案。對(duì)于此跡線，沒有嘗試調(diào)整跡線的厚度。相反，使用兩點(diǎn)校準(zhǔn)來嘗試準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)器件的輸出，而不管其實(shí)際厚度如何。此類校準(zhǔn)也使用其他跡線寬度進(jìn)行了測(cè)試。最后，圖 3-1 中的最后三個(gè)跡線均是重復(fù)的 8mil 跡線，主要旨在觀察單個(gè)電路板中跡線寬度不確定性所對(duì)應(yīng)的影響。

表 3-1 顯示了具有擴(kuò)展接地層時(shí) 100mil 跡線的誤差百分比結(jié)果。表 2-1 中再次給出 100mil 跡線誤差只是為了進(jìn)行比較，而圖 3-1 中顯示了沒有接地層時(shí) 100mil 跡線的情況。和之前一樣，“電路板 1”和“電路板 2”表示相同版本的不同電路板。

即便與同一電路板上的跡線相比時(shí)，誤差也顯著減小，但仍然很大。不過，根據(jù)多個(gè)電路板的測(cè)試結(jié)果，誤差至少似乎是一致的。這可能意味著，該技術(shù)是可行的，但也可能來自不同制造商的不同電路板會(huì)具有不同的誤差。此外，較大的接地層會(huì)占用很大的空間，基本上也就消除了使用較小的 100mil 跡線相較于使用 1750mil 跡線的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹笠环N選項(xiàng)會(huì)更為準(zhǔn)確且占用的電路板面積大致相同。此試驗(yàn)的結(jié)果表明，覆銅層越連續(xù)，跡線厚度與預(yù)期值就越接近，并且獲取正確值的電阻需要很大的跡線。

該電路板還用于確定簡(jiǎn)單校準(zhǔn)過程（可節(jié)省空間）的有效性。圖 2-1 中所示的曲線表明，可將預(yù)期輸出與實(shí)際輸出之間的差異簡(jiǎn)單地視為增益誤差。通過使用低電平和高電平電流對(duì)跡線進(jìn)行校準(zhǔn)，理論上可以沿著實(shí)際 曲線預(yù)測(cè)任何輸出。受到多個(gè)因素影響，此過程會(huì)有些復(fù)雜。首先，如圖 2-4 中所示，當(dāng)電流流過跡線時(shí)，電阻會(huì)發(fā)生改變。這意味著，根據(jù)進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間，校準(zhǔn)曲線可能存在偏斜。在一些情況下，記錄的輸出穩(wěn)定時(shí)間超過 5 分鐘。此外，如果不同電路板之間的跡線厚度存在顯著差異，則需要針對(duì)每個(gè)電路板進(jìn)行校準(zhǔn)，批量校準(zhǔn)過程會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確。最后，以這種方式進(jìn)行校準(zhǔn)不支持與校準(zhǔn)溫度的偏差而導(dǎo)致的變化。

要確定兩點(diǎn)校準(zhǔn)方法的可行性，第一步是使用切合實(shí)際的過程。表 3-2 顯示了 4 種可能的設(shè)置，不同設(shè)置之間的區(qū)別在于收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的多少、是否允許校準(zhǔn)輸出測(cè)量達(dá)到穩(wěn)定，以及是否允許測(cè)試輸出達(dá)到穩(wěn)定。每個(gè)設(shè)置均用于預(yù)測(cè) 2.5A 電流流過跡線時(shí) INA190 的輸出。另外還提供了使用該校準(zhǔn)時(shí)的預(yù)測(cè)與實(shí)際輸出之間的誤差百分比。這些數(shù)據(jù)均使用圖 3-1中的“普通”100mil 跡線測(cè)量獲得。

第一個(gè)設(shè)置采用了四個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中三個(gè)位于低電平電流范圍內(nèi)。這是最不切實(shí)際的，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，等待四個(gè)不同的校準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定后再進(jìn)行記錄很可能是不可行的。另外，實(shí)際應(yīng)用很可能始終要處理這樣的電流——電流流過的跡線足夠長(zhǎng)，能夠使得其達(dá)到平衡溫度，因此在輸出穩(wěn)定之前記錄測(cè)試輸出并不是實(shí)際事件的最準(zhǔn)確仿真。為此，第二個(gè)和第三個(gè)設(shè)置也不切實(shí)際。第四個(gè)選項(xiàng)代表著可能實(shí)現(xiàn)的情況：最少的數(shù)據(jù)點(diǎn)、等待校準(zhǔn)過程所需的最短時(shí)間，以及長(zhǎng)時(shí)間流過的測(cè)試電流。不幸的是，此過程誤差最大，但卻是唯一一種可在現(xiàn)實(shí)中大量實(shí)現(xiàn)的選項(xiàng)。

為了測(cè)試校準(zhǔn)過程，這里使用記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算了校準(zhǔn)曲線的斜率和截距。借助這些數(shù)值，可以倒推計(jì)算出 INA190 的輸出并預(yù)測(cè)電流。由于實(shí)際電流是已知的，因此通過計(jì)算誤差百分比可以揭示校準(zhǔn)的有效性。校準(zhǔn)的第一個(gè)跡線是用于獲取 表 3-2 數(shù)據(jù)的 100mil 跡線。使用的校準(zhǔn)電流為 0.1A 和 5A 或 10A。使用的四個(gè)測(cè)試電流如下：0.01A、2.5A、5.5A 和 7A。對(duì)于每一個(gè)測(cè)試電流，均會(huì)等待 INA190 輸出穩(wěn)定后再進(jìn)行記錄。為了全面地檢查此技術(shù)的功能，這里使用了版本 B 中的 100mil 跡線來預(yù)測(cè)版本 A 中 200mil 跡線的 INA190 輸出。表 3-3 和表 3-4 顯示了對(duì)應(yīng)的結(jié)果。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)從版本 B 的電路板 1 獲得。

通過測(cè)試兩個(gè)不同的校準(zhǔn)點(diǎn)，展示了可以如何根據(jù)預(yù)測(cè)的電流來調(diào)整校準(zhǔn)。100mil 跡線可以處理 5A 電流，同時(shí)保持在溫度升高 20°C 的相對(duì)任意限制范圍內(nèi)。校準(zhǔn)至更大的電流可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)更大的電流，但難以推斷較小的電流。另外，用于不同寬度和版本的跡線時(shí)，校準(zhǔn)預(yù)測(cè)的精度也會(huì)受到嚴(yán)重影響。這是正常情況，因?yàn)檫@時(shí)引入了更多可能導(dǎo)致偏離校準(zhǔn)條件的因素。

此校準(zhǔn)過程也用于具有擴(kuò)展接地層的跡線，以及 8mil 跡線。表 3-5 和表 3-6 顯示了對(duì)應(yīng)的結(jié)果。用于 8mil 跡線的兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)是 0.02A 和
1A。

最后，使用 INA181 進(jìn)行了校準(zhǔn)。該過程與用于 INA190 的方法相同，唯一的區(qū)別是使用了不同的器件。這里僅使用此校準(zhǔn)技術(shù)檢查了 100mil 跡線。表 3-7 顯示了對(duì)應(yīng)的結(jié)果。

前述表格中的數(shù)據(jù)展示了兩點(diǎn)校準(zhǔn)流程的幾個(gè)限制。從一個(gè)電路板獲取的校準(zhǔn)點(diǎn)通常能夠用于預(yù)測(cè)同一版本其他電路板的輸出。不過，對(duì)于不同版本的電路板，由于 PCB 制造隨時(shí)間推移的不確定性，精度會(huì)顯著降低。INA181 在性能表現(xiàn)上還似乎相當(dāng)于甚至優(yōu)于 INA190。這意味著它可用于代替 INA190 來獲得類似的結(jié)果，至少在使用校準(zhǔn)來考慮偏差時(shí)。

最后，版本 B 提供了機(jī)會(huì)來重新檢查跡線形狀對(duì)電阻的影響。表 3-8 顯示了這些試驗(yàn)的結(jié)果，格式類似于表 2-1。

雖然存在差異，但是難以確定這些是因?yàn)檑E線形狀的任何影響造成的，還是只是因?yàn)楹穸炔煌南嗤螤畹嫩E線具有不同的平均值（右側(cè)與左側(cè)）這一事實(shí)可以看出，此差異是因?yàn)橹坝懻摰耐蝗莶钤斐傻模蛘咧辽偈且驗(yàn)檑E線形狀帶來的任何電阻差異不足以克服厚度偏差的影響。

所有結(jié)果都顯示極小的電流值具有大得多的誤差百分比，但這是 INA190 和 INA181 的失調(diào)誤差造成的正常現(xiàn)象。甚至對(duì)于傳統(tǒng)的 SMT 電阻器，也很可能需要注意這些。