ZHCABK4A January 2022 – April 2026 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
通过对每个阶跃进行精确的电流测量,可以使用电流迹线电阻计算器计算每个迹线的 INA190 输出。计算器可以计算出在给定宽度和长度条件下每个迹线的理论可行电阻。在 0A 电流阶跃条件下获得的温度数据理解为环境温度,并计入此理论可行电阻值。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 3-1 以图表形式显示了三英寸测量中所有测量迹线在室温(非受控温度环境)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 3-1 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 3-1 中的电路板 1 和电路板 2 是指同一版本的不同迭代,其中每个版本都包含三块电路板,而每块电路板都具有相同的布局。
| 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(1) | – | – | -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。在低电流电平(小于 1A)时,1750mil 迹线具有正误差,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。
为了确定大误差出现的原因,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。对迹线横截面的 SEM 分析表明,迹线厚度远大于订购时假定的 1oz/ft2 覆铜。图 3-2 显示了其中一个迹线横截面,而表 3-2 显示了实际的迹线厚度。
| PC 板 | 厚度(µm) | 厚度(oz/ft2) | 宽度 (mm) | 宽度(mil) |
|---|---|---|---|---|
| 100mil 底部 | 63.5 | 1.82 | 2.50 | 98.4 |
| 100mil 中间 | 62.4 | 1.79 | 2.28 | 89.8 |
| 1750mil | 41.7 | 1.20 | 44.58 | 1755.1 |
| 200mil 中间 | 62.1 | 1.78 | 4.78 | 188.2 |
| 200mil 底部 | 61.2 | 1.76 | 4.33 | 170.5 |
如表 3-2 所示,与可行的 1oz (34.8µm) 相比,部分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 外层的覆铜工艺,周围覆铜较少的图案通常会更厚。100mil 和 200mil 迹线由于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器的迹线的电阻值都始终小于预期值,且迹线宽度越小,这种影响就越显著。图 3-3 中显示了相关的 IPC 标准。(表格经 IPC 许可复制)。
同一电路板上迹线宽度的差异导致难以确定方形迹线是否会影响迹线电阻,尽管第二个版本中重新检查了该比较,详见节 4。
根据表 3-2 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 3-2 中的条目进行设置。此外,由于之前的电阻测量假定环境温度为 25°C,因此新的温度设置为 TMP235 在 0A 电流阶跃条件时读取到的任何温度。表 3-3 显示了调整后的结果。
| 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 3-1 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,因此记录了覆铜迹线相对于其上通过电流的推算电阻。在整个测量过程中,迹线可能会持续升温,如节 2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,温度均衡过程中额外迹线发热的影响很可能导致了最大约 0.5mΩ 的电阻差异。图 3-4 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。
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。迹线开始线性变化的点取决于迹线的尺寸,例如 100mil 迹线在大约 0.1A 时开始线性变化,200mil 迹线在大约 0.2A 时开始线性变化,而 1750mil 迹线在大约 2.5A 时开始线性变化。务必记住这一重要信息,因为这种行为表明,仅仅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。对于较小的迹线,无法完全确认是否与传感器充分接触,并且温度结果可能因周围的 PCB 而发生偏斜。不过,在传感器记录到的迹线温度停止升高之前,没有记录温度数据,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 3-5 显示了迹线温度图。
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 3-5 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容差导致,否则不会很显著,因为温度升高计算涉及多个假设以及舍入误差。