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 , INA240-SEP , 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

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1试验过程
  4. 2结果
    1. 2.1 室温
    2. 2.2 温度室测试
  5. 3硬件版本 B
  6. 4建议与结论
  7. 5参考文献

室温

由于已知每个电流阶跃的精密电流测量值,因此可以通过使用电流迹线电阻计算器来计算理论上每个迹线在给定宽度和长度条件下的理想电阻,从而确定每个迹线的 INA190 输出。在 0A 电流阶跃条件下获得的温度数据解释为环境温度,并计入此理论理想电阻值。这里假定迹线具有 1oz 厚度的覆铜。通过分析与此预期值的偏差,可以了解使用覆铜迹线作为分流电阻器的可行性。图 2-1 以图表形式显示了三英寸测量中所有测量迹线在室温(不受控制的温度环境)下的这些偏差。对于一英寸和二英寸位置,这些图表几乎完全相同,因此已在这里忽略。表 2-1 显示了每个迹线的平均误差。这些误差不包括 0A 的误差百分比值,因为此电流电平很小,以至于一些迹线的百分比误差接近 20000%,部分原因是 INA190 的失调误差。表 2-1 中的“电路板 1”和“电路板 2”是指同一版本的不同迭代,其中每个版本均具有三种电路板,而这些电路板都具有相同的布局。

图 2-1 八种迹线配置下 INA190 输出的预期值与实际值
表 2-1 平均误差百分比 - 室温 * 方形迹线在三英寸处仅具有一个分接点。
迹线平均误差百分比平均值
1”2”3”
8mil–51.95%–53.64%–53.20%–52.93%
8mil 方形*--–58.01%–58.01%
100mil 底部分接,电路板 1–43.08%–44.20%–48.73%–45.34%
100mil 底部分接,电路板 2–54.77%–55.05%–54.52%–54.78%
100mil 中间分接–38.53%–39.25%–39.15%–38.98%
200mil 底部分接–31.10%–32.09%–32.36%–31.85%
200mil 中间分接–35.01%–35.27%–35.36%–35.21%
1750mil 底部分接1.48%–1.25%–3.44%–1.07%
1750mil 中间分接0.90%–1.49%0.58%0.00%

没有明显误差的迹线只有 1750mil 迹线。需要注意的是,在低电流电平(小于 1A)条件下,1750mil 具有正误差,但从 1A 到 50A 范围内,误差变为负值。所有其他迹线都具有很大的误差,不过这些误差非常一致。另外,可以注意到电路板 1 和电路板 2 上的测量值之间存在差异,如两个“100mil 底部分接”数据点所示。最后,在迹线中间测量的值不同于在迹线底部测量的值。不过,该影响无法预测。一些是更好的近似值,但另一些则是更差的近似值。100mil 迹线显示了最大的差异,误差差异为 6.36%。1750mil 迹线也在中间分接处具有更好的近似值。

为了确定大误差的原因,我们将其中一个电路板切成两半并使用扫描电子显微镜(SEM)进行分析。迹线横截面的 SEM 分析表明,迹线厚度远大于所需的 1 oz/ft2 覆铜。图 2-2 显示了其中一个迹线横截面,而表 2-2 显示了实际的迹线厚度。

图 2-2 100mil 底部分接迹线的横截面图
表 2-2 SEM 分析确定的迹线厚度
PC 电路板厚度(µm)厚度(oz/ft2宽度(mm)宽度(mil)
100mil 底部63.51.822.5098.4
100mil 中间62.41.792.2889.8
1750mil41.71.2044.581755.1
200mil 中间62.11.784.78188.2
200mil 底部61.21.764.33170.5

表 2-2 所示,与理想的 1oz(34.8µm)相比,一些迹线的厚度几乎是预期值的两倍。迹线越厚,电阻就越小,这也就说明了为什么一些迹线误差百分比位于 –40% 至 –50% 范围。

联系 PCB 制造商后找出了相关的原因,即较小覆铜迹线的厚度远大于预期值。由于 PCB 外侧的覆铜工艺,周围覆铜较少的图案通常会更厚。因此,对于 100mil 和 200mil 迹线,由于它们与其他覆铜图案相对隔离,因此厚度较大。不过,1750mil 迹线足够大,受这种影响较小,因此厚度与预期值更为接近。国际电子工业联接协会(IPC)发布的标准就充分证明了这一点。IPC 标准规定了最小覆铜迹线厚度,但没有规定最大厚度。实际上,这就意味着,任何用作分流电阻的迹线在电阻大小上始终都小于预期值,而且迹线宽度越小,受到的影响就越明显。图 2-3 中显示了相关的 IPC 标准。(表格经 IPC 许可复制)。

图 2-3 IPC 标准规定了最小 PCB 覆铜迹线厚度,但没有规定最大厚度

事实上,即便是在同一电路板上,迹线宽度也可能不同,因此很难确定方形迹线是否会对迹线电阻产生影响,尽管第二个版本中重新检查了该比较,详见Topic Link Label3

根据表 2-2 中的数据,我们修改了迹线电阻的预估值,以尝试更好地匹配试验结果。厚度不再设置为 1oz 覆铜,而是按照表 2-2 中的条目进行设置。另外,由于之前的电阻测量假定使用 25°C 环境温度,因此新的温度设置为 TMP235 在 0A 电流阶跃条件下读取到的任何温度。表 2-3 显示了调整后的结果。

表 2-3 平均误差百分比 - 室温(调整后)
迹线平均误差百分比平均值
1”2”3”
100mil 底部分接–10.11%22.22%0.61%4.24%
100mil 中间分接–13.09%18.92%6.69%4.17%
200mil 底部分接3.14%1.70%1.18%2.01%
200mil 中间分接9.38%8.68%8.61%8.89%
1750mil 底部分接21.87%18.80%16.10%18.92%
1750mil 中间分接21.17%18.51%20.92%20.20%

完成调整过程后,各迹线的误差都出现了显著下降,不过 1750mil 迹线除外,该迹线的误差出现了显著增加。表 2-1 中所示的中间分接点与底部分接点之间的差异也不那么明显,但 1750mil 迹线中该差异甚至反而变得明显。

由于覆铜迹线在电流通过时会发热,因此这里记录了覆铜迹线相对于其上电流的推算电阻。在整个测量过程中,迹线可能会持续升温,如Topic Link Label1中所述。这一事实可能会导致误差。根据后续测试中观察到的情况,受到温度均衡过程中额外迹线发热的影响,很可能会导致最大约 0.5mΩ 的电阻差异。图 2-4 显示了迹线电阻随电流的变化情况。8mil 迹线没有对应的温度数据。

图 2-4 六种迹线配置的电阻与电流关系图

从这些图中可以看到,对于小电流值,迹线电阻呈现出非线性行为,但在某一点后,电阻会大致随电流呈线性变化。这很可能是由于 INA190 偏移误差在输出较小时影响较大。迹线具体会在哪一点后开始呈现出线性取决于迹线的尺寸,其中 100mil 迹线会在约 0.1A 时进入此区域,200mil 迹线会在约 0.2A 时进入,而 1750mil 迹线会在约 2.5A 时进入。该信息非常重要,请务必牢记,因为它表明只是让电流通过迹线就会影响电阻。在任何采用覆铜迹线的应用中,都必须考虑迹线电阻以该方式实现稳定所需的时间。

最后,电路板上连接的温度传感器指示了迹线温度随着电流增加的变化情况。对于获得的大多数器件,预计都会出现强劲的上升趋势。当迹线较小时,无法保证传感器与迹线完全接触,温度结果可能会因周围的 PCB 而出现偏差。不过,在传感器记录到的迹线温度停止增加之前,不会记录温度数据,因此这些值在理论上应代表着所有变化均已发生后的稳定读数。图 2-5 显示了迹线温度图。

注: 1750mil 对应的两个曲线几乎无法区分。
图 2-5 三种迹线配置的温度与电流关系图

这里选择了最大电流值,以使温度从环境温度升高约 20°C。图 2-5 中的很多图并非如此。不过,宽度类似的迹线确实具有类似的温度升高现象。这种温度未按预期升高的情况很可能是由前文讨论的制造公差导致,否则不会很明显,因为温度升高计算涉及到多个假设以及舍入误差。