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。

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。

如表 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）。

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。

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。

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。

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。

为了确定温度变化对覆铜迹线分流电阻器的影响，这里将迹线置于了温度室来控制环境温度。需要注意的是，由于迹线测量之间增加了电路板达到温度室内温度所需的时间，因此在温度室内采用的数据点有所减少。另外这里仅考虑了间距为三英寸的情况。与室温测量中一样，可以绘制曲线来显示电阻随电流的变化情况。这时观察到了相对于室温的类似趋势，对应的图形如图 2-6 中所示。100mil 底部分接图用于展示整个温度范围内的变化，因为每种宽度的迹线在这方面表现类似。

图 2-6 中的图显示，当环境温度升高时，电阻也随之增加，这与预期的结果以及之前的结果是一致的。通过绘制出每种迹线相对于环境温度的最大记录电阻，图 2-7展示了电阻随温度的变化情况。图中并未包含 0A 时测量的电阻。

图 2-7 中的图显示，随着环境温度升高，测量到的电阻也在增加。这是一个需要注意的重要因素，因为在使用覆铜迹线分流电阻器的应用中，必须考虑工作温度，以便执行正确的校准。与室温环境中一样，此次计算了一系列温度范围内的平均误差百分比，如表 2-4 中所示。

表 2-4 中的值展示了可能的设计考量。随着温度升高，除 1750mil 迹线以外的所有迹线都会出现误差减少。1750mil 迹线在 25°C时误差最小。这是因为电阻会随着温度升高而增加，并且由于除 1750mil 迹线以外的所有迹线因为 PCB 制造过程而在一开始电阻都远小于预期值，因此随着温度和电阻增加，它们会逐渐接近理想值。如果应用的工作温度远大于 25°C，那么根据温度升高情况，或许可以使用较小的迹线。

Topic Link Label2中得出的结果最初意味着，如果无法控制迹线的真厚度以及覆铜在电流流过时改变电阻这一倾向，则在实际应用中使用覆铜迹线分流电阻器并不可行。不过，图 3-1 显示了另一种设计版本以及一种替代的试验设置，该试验设置可以展示如何避免之前讨论的问题。此设计称为“版本 B”。

顶部的迹线（请参阅图 3-1）尝试向 100mil 迹线周围添加大量的覆铜（扩展接地层），以减少 PCB 制造误差的影响。第二个迹线是一个正常的 100mil 迹线，由 INA190（与第一个版本中一样）和 INA181 进行测量。INA181 电流检测放大器专为成本优化型应用设计。该器件属于双向电流检测放大器（也称为电流分流监控器）系列，可在独立于电源电压的 –0.2V 至 +26V 共模电压范围内检测电流检测电阻器上的压降。INAx181 系列器件在四个固定增益器件选项中集成了匹配的电阻器增益网络：20V/V、50V、100V/V 或 200V/V。此匹配的增益电阻网络可最大限度地减少增益误差，并降低温度漂移。将 INA181 与 INA190 进行比较的原因是分析能否将覆铜迹线与更低成本的 INA181 结合使用来开发成本更低但精度也更低的电流检测解决方案。对于此迹线，没有尝试调整迹线的厚度。相反，使用两点校准来尝试准确地预测器件的输出，而不管其实际厚度如何。此类校准也使用其他迹线宽度进行了测试。最后，图 3-1 中的最后三个迹线均是重复的 8mil 迹线，主要旨在观察单个电路板中迹线宽度不确定性所对应的影响。

表 3-1 显示了具有扩展接地层时 100mil 迹线的误差百分比结果。表 2-1 中再次给出 100mil 迹线误差只是为了进行比较，而图 3-1 中显示了没有接地层时 100mil 迹线的情况。和之前一样，“电路板 1”和“电路板 2”表示相同版本的不同电路板。

即便与同一电路板上的迹线相比时，误差也显著减小，但仍然很大。不过，根据多个电路板的测试结果，误差至少似乎是一致的。这可能意味着，该技术是可行的，但也可能来自不同制造商的不同电路板会具有不同的误差。此外，较大的接地层会占用很大的空间，基本上也就消除了使用较小的 100mil 迹线相较于使用 1750mil 迹线的优势，因为后一种选项会更为准确且占用的电路板面积大致相同。此试验的结果表明，覆铜层越连续，迹线厚度与预期值就越接近，并且获取正确值的电阻需要很大的迹线。

该电路板还用于确定简单校准过程（可节省空间）的有效性。图 2-1 中所示的曲线表明，可将预期输出与实际输出之间的差异简单地视为增益误差。通过使用低电平和高电平电流对迹线进行校准，理论上可以沿着实际 曲线预测任何输出。受到多个因素影响，此过程会有些复杂。首先，如图 2-4 中所示，当电流流过迹线时，电阻会发生改变。这意味着，根据进行测量的时间，校准曲线可能存在偏斜。在一些情况下，记录的输出稳定时间超过 5 分钟。此外，如果不同电路板之间的迹线厚度存在显著差异，则需要针对每个电路板进行校准，批量校准过程会导致不准确。最后，以这种方式进行校准不支持与校准温度的偏差而导致的变化。

要确定两点校准方法的可行性，第一步是使用切合实际的过程。表 3-2 显示了 4 种可能的设置，不同设置之间的区别在于收集的数据点的多少、是否允许校准输出测量达到稳定，以及是否允许测试输出达到稳定。每个设置均用于预测 2.5A 电流流过迹线时 INA190 的输出。另外还提供了使用该校准时的预测与实际输出之间的误差百分比。这些数据均使用图 3-1中的“普通”100mil 迹线测量获得。

第一个设置采用了四个校准数据点，其中三个位于低电平电流范围内。这是最不切实际的，因为在实际应用中，等待四个不同的校准点稳定后再进行记录很可能是不可行的。另外，实际应用很可能始终要处理这样的电流——电流流过的迹线足够长，能够使得其达到平衡温度，因此在输出稳定之前记录测试输出并不是实际事件的最准确仿真。为此，第二个和第三个设置也不切实际。第四个选项代表着可能实现的情况：最少的数据点、等待校准过程所需的最短时间，以及长时间流过的测试电流。不幸的是，此过程误差最大，但却是唯一一种可在现实中大量实现的选项。

为了测试校准过程，这里使用记录的数据点计算了校准曲线的斜率和截距。借助这些数值，可以倒推计算出 INA190 的输出并预测电流。由于实际电流是已知的，因此通过计算误差百分比可以揭示校准的有效性。校准的第一个迹线是用于获取 表 3-2 数据的 100mil 迹线。使用的校准电流为 0.1A 和 5A 或 10A。使用的四个测试电流如下：0.01A、2.5A、5.5A 和 7A。对于每一个测试电流，均会等待 INA190 输出稳定后再进行记录。为了全面地检查此技术的功能，这里使用了版本 B 中的 100mil 迹线来预测版本 A 中 200mil 迹线的 INA190 输出。表 3-3 和表 3-4 显示了对应的结果。校准数据从版本 B 的电路板 1 获得。

通过测试两个不同的校准点，展示了可以如何根据预测的电流来调整校准。100mil 迹线可以处理 5A 电流，同时保持在温度升高 20°C 的相对任意限制范围内。校准至更大的电流可以更准确地预测更大的电流，但难以推断较小的电流。另外，用于不同宽度和版本的迹线时，校准预测的精度也会受到严重影响。这是正常情况，因为这时引入了更多可能导致偏离校准条件的因素。

此校准过程也用于具有扩展接地层的迹线，以及 8mil 迹线。表 3-5 和表 3-6 显示了对应的结果。用于 8mil 迹线的两个校准点是 0.02A 和
1A。

最后，使用 INA181 进行了校准。该过程与用于 INA190 的方法相同，唯一的区别是使用了不同的器件。这里仅使用此校准技术检查了 100mil 迹线。表 3-7 显示了对应的结果。

前述表格中的数据展示了两点校准流程的几个限制。从一个电路板获取的校准点通常能够用于预测同一版本其他电路板的输出。不过，对于不同版本的电路板，由于 PCB 制造随时间推移的不确定性，精度会显著降低。INA181 在性能表现上还似乎相当于甚至优于 INA190。这意味着它可用于代替 INA190 来获得类似的结果，至少在使用校准来考虑偏差时。

最后，版本 B 提供了机会来重新检查迹线形状对电阻的影响。表 3-8 显示了这些试验的结果，格式类似于表 2-1。

虽然存在差异，但是难以确定这些是因为迹线形状的任何影响造成的，还是只是因为厚度不同。从相同形状的迹线具有不同的平均值（右侧与左侧）这一事实可以看出，此差异是因为之前讨论的同一容差造成的，或者至少是因为迹线形状带来的任何电阻差异不足以克服厚度偏差的影响。

所有结果都显示极小的电流值具有大得多的误差百分比，但这是 INA190 和 INA181 的失调误差造成的正常现象。甚至对于传统的 SMT 电阻器，也很可能需要注意这些。

• IPC-6012 中的 IPC 表格，未经 IPC 许可不得复制。