3 硬件版本 B

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

頂部的跡線（請參閱圖 3-1）嘗試向 100mil 跡線周圍添加大量的覆銅（擴展接地層），以減少 PCB 制造誤差的影響。第二個跡線是一個正常的 100mil 跡線，由 INA190（與第一個版本中一樣）和 INA181 進行測量。INA181 電流檢測放大器專為成本優(yōu)化型應用設計。該器件屬于雙向電流檢測放大器（也稱為電流分流監(jiān)控器）系列，可在獨立于電源電壓的 –0.2V 至 +26V 共模電壓范圍內檢測電流檢測電阻器上的壓降。INAx181 系列器件在四個固定增益器件選項中集成了匹配的電阻器增益網絡：20V/V、50V、100V/V 或 200V/V。此匹配的增益電阻網絡可最大限度地減少增益誤差，并降低溫度漂移。將 INA181 與 INA190 進行比較的原因是分析能否將覆銅跡線與更低成本的 INA181 結合使用來開發(fā)成本更低但精度也更低的電流檢測解決方案。對于此跡線，沒有嘗試調整跡線的厚度。相反，使用兩點校準來嘗試準確地預測器件的輸出，而不管其實際厚度如何。此類校準也使用其他跡線寬度進行了測試。最后，圖 3-1 中的最后三個跡線均是重復的 8mil 跡線，主要旨在觀察單個電路板中跡線寬度不確定性所對應的影響。

表 3-1 顯示了具有擴展接地層時 100mil 跡線的誤差百分比結果。表 2-1 中再次給出 100mil 跡線誤差只是為了進行比較，而圖 3-1 中顯示了沒有接地層時 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，誤差也顯著減小，但仍然很大。不過，根據多個電路板的測試結果，誤差至少似乎是一致的。這可能意味著，該技術是可行的，但也可能來自不同制造商的不同電路板會具有不同的誤差。此外，較大的接地層會占用很大的空間，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，因為后一種選項會更為準確且占用的電路板面積大致相同。此試驗的結果表明，覆銅層越連續(xù)，跡線厚度與預期值就越接近，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單校準過程（可節(jié)省空間）的有效性。圖 2-1 中所示的曲線表明，可將預期輸出與實際輸出之間的差異簡單地視為增益誤差。通過使用低電平和高電平電流對跡線進行校準，理論上可以沿著實際 曲線預測任何輸出。受到多個因素影響，此過程會有些復雜。首先，如圖 2-4 中所示，當電流流過跡線時，電阻會發(fā)生改變。這意味著，根據進行測量的時間，校準曲線可能存在偏斜。在一些情況下，記錄的輸出穩(wěn)定時間超過 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，則需要針對每個電路板進行校準，批量校準過程會導致不準確。最后，以這種方式進行校準不支持與校準溫度的偏差而導致的變化。

要確定兩點校準方法的可行性，第一步是使用切合實際的過程。表 3-2 顯示了 4 種可能的設置，不同設置之間的區(qū)別在于收集的數據點的多少、是否允許校準輸出測量達到穩(wěn)定，以及是否允許測試輸出達到穩(wěn)定。每個設置均用于預測 2.5A 電流流過跡線時 INA190 的輸出。另外還提供了使用該校準時的預測與實際輸出之間的誤差百分比。這些數據均使用圖 3-1中的“普通”100mil 跡線測量獲得。

第一個設置采用了四個校準數據點，其中三個位于低電平電流范圍內。這是最不切實際的，因為在實際應用中，等待四個不同的校準點穩(wěn)定后再進行記錄很可能是不可行的。另外，實際應用很可能始終要處理這樣的電流——電流流過的跡線足夠長，能夠使得其達到平衡溫度，因此在輸出穩(wěn)定之前記錄測試輸出并不是實際事件的最準確仿真。為此，第二個和第三個設置也不切實際。第四個選項代表著可能實現的情況：最少的數據點、等待校準過程所需的最短時間，以及長時間流過的測試電流。不幸的是，此過程誤差最大，但卻是唯一一種可在現實中大量實現的選項。

為了測試校準過程，這里使用記錄的數據點計算了校準曲線的斜率和截距。借助這些數值，可以倒推計算出 INA190 的輸出并預測電流。由于實際電流是已知的，因此通過計算誤差百分比可以揭示校準的有效性。校準的第一個跡線是用于獲取 表 3-2 數據的 100mil 跡線。使用的校準電流為 0.1A 和 5A 或 10A。使用的四個測試電流如下：0.01A、2.5A、5.5A 和 7A。對于每一個測試電流，均會等待 INA190 輸出穩(wěn)定后再進行記錄。為了全面地檢查此技術的功能，這里使用了版本 B 中的 100mil 跡線來預測版本 A 中 200mil 跡線的 INA190 輸出。表 3-3 和表 3-4 顯示了對應的結果。校準數據從版本 B 的電路板 1 獲得。

通過測試兩個不同的校準點，展示了可以如何根據預測的電流來調整校準。100mil 跡線可以處理 5A 電流，同時保持在溫度升高 20°C 的相對任意限制范圍內。校準至更大的電流可以更準確地預測更大的電流，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，校準預測的精度也會受到嚴重影響。這是正常情況，因為這時引入了更多可能導致偏離校準條件的因素。

此校準過程也用于具有擴展接地層的跡線，以及 8mil 跡線。表 3-5 和表 3-6 顯示了對應的結果。用于 8mil 跡線的兩個校準點是 0.02A 和
1A。

最后，使用 INA181 進行了校準。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。這里僅使用此校準技術檢查了 100mil 跡線。表 3-7 顯示了對應的結果。

前述表格中的數據展示了兩點校準流程的幾個限制。從一個電路板獲取的校準點通常能夠用于預測同一版本其他電路板的輸出。不過，對于不同版本的電路板，由于 PCB 制造隨時間推移的不確定性，精度會顯著降低。INA181 在性能表現上還似乎相當于甚至優(yōu)于 INA190。這意味著它可用于代替 INA190 來獲得類似的結果，至少在使用校準來考慮偏差時。

最后，版本 B 提供了機會來重新檢查跡線形狀對電阻的影響。表 3-8 顯示了這些試驗的結果，格式類似于表 2-1。

雖然存在差異，但是難以確定這些是因為跡線形狀的任何影響造成的，還是只是因為厚度不同。從相同形狀的跡線具有不同的平均值（右側與左側）這一事實可以看出，此差異是因為之前討論的同一容差造成的，或者至少是因為跡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 的失調誤差造成的正常現象。甚至對于傳統(tǒng)的 SMT 電阻器，也很可能需要注意這些。