Калькулятор опору траси друкованої плати: Як розрахувати опір траси та падіння напруги

Кожна мідна доріжка має опір, що призводить до падіння напруги та нагрівання, що може непомітно підірвати хороший дизайн. Калькулятор опору доріжки перетворює ширину, товщину міді, довжину та температуру на фактичні оми, які додається доріжкою. Цей посібник відповідає на справжні питання – як розрахувати опір доріжки друкованої плати, опір 1 унції міді, як його зменшити – і показує, як Highleap Electronics гарантує, що намальована вами доріжка є саме такою доріжкою, яку вона створює.

1. Як розрахувати опір доріжок друкованої плати?

Розрахуйте опір друкованої плати за формулою R = ρ × довжина ÷ (ширина × товщина), або, простіше кажучи, помножте опір мідного шару на кількість квадратів (довжина ÷ ширина). Обидва методи дають однакову відповідь – метод квадратів просто швидший. Питомий опір ρ – це матеріальна константа міді (близько 1.7 × 10⁻⁸ Ом·м за кімнатної температури), а площа поперечного перерізу – це ширина, помножена на товщину міді.

Варто засвоїти скорочений варіант з квадратами: опір листа залежить лише від товщини міді, кількість квадратів — це просто довжина, поділена на ширину, отже:

Опір траси ≈ опір листа × (довжина ÷ ширина)

Ось чому довга вузька доріжка має високий опір, а коротка широка — низький, і чому подвоєння ваги міді (з 1 г до 2 г) приблизно вдвічі зменшує опір, оскільки поперечний переріз подвоюється. Тому вага міді є основним важелем, тому конструкції силових пристроїв вдаються до використання важкої мідної друкованої плати, коли потрібно знизити опір. Оновлення знань про те, як поводяться доріжки друкованої плати, полегшує застосування решти.

2. Який опір мідного дроту масою 1 унція?

Опір шару міді вагою 1 унція становить близько 0.5 міліомів на квадрат, тому доріжка, яка в десять разів довша за її ширину (десять квадратів), становить приблизно 5 міліомів без урахування температури та впливу навколишнього середовища. Товща мідь пропорційно знижує цей опір – 2 унції міді мають приблизно 0.25 міліомів на квадрат, – оскільки опір обернено пропорційний площі поперечного перерізу.

«Квадрати» – це безодиничне співвідношення (довжина, поділена на ширину), тому одне й те саме число опору шару працює для будь-якої доріжки в цій вазі міді. Щоб перейти від квадратів до омів, помножте на опір шару вашої міді; щоб перейти від омів до падіння напруги або тепла, введіть струм. Цього одного числа опору шару в поєднанні з кількістю квадратів достатньо для швидких оцінок, які визначають більшість рішень щодо компонування.

3. Розроблений приклад: опір доріжки, падіння напруги та потужність

Для доріжки довжиною 50 мм і шириною 0.5 мм у мідному дроті масою 1 унція, що пропускає струм 2 А, опір становить близько 50 міліом, падіння напруги — 100 мВ, а розсіювана потужність — 0.2 Вт. Ось повний розрахунок:

• квадрати: довжина ÷ ширина = 50 ÷ 0.5 = 100 квадратів.
• опір: 100 квадратів × ~0.5 мОм/квадрат ≈ 50 міліом.
• Падіння напруги: опір × струм = 0.050 Ом × 2 А = 0.1 В (100 мВ).
• Розсіювана потужність: струм² × опір = 2² × 0.050 = 0.2 Вт тепла.

Для лінії 3.3 В падіння напруги на 100 мВ становить близько 3% – часто прийнятно, іноді ні. Тепер розширимо доріжку до 2 мм: кількість квадратів зменшиться до 25, опір – приблизно до 12.5 мОм, падіння напруги – до 25 мВ. Доріжка, ширша в чотири рази, дає в чотири рази менший опір – компроміс для ядра, який показує калькулятор, і рішення, яке слід приймати до завершення розмітки, а не після того, як плата перегріється. Для рейок з найвищим струмом спеціальна інженерія з використанням важкої міді для контролю струмової здатності контролює як опір, так і температуру.

4. Чи змінюється опір доріжок з температурою та перехідними отворами?

Так – опір міді зростає приблизно на 0.4% на кожен °C, тому доріжка, що проходить з температурою на 40 °C вище кімнатної, має приблизно на 16% більший опір, ніж її холодне значення, і кожен перехідний отвір у доріжці додає трохи більше. Оскільки цей додатковий опір також створює більше тепла, температура та опір підсилюють одне одного на гарячих доріжках з високим струмом. Інші реальні вдосконалення:

• Допуск травлення. Виробництво трохи звужує кожен слід порівняно з тим, що ви намалювали, підвищуючи опір; важча мідь розширює цей допуск.
• Перехідні отвори. Шлях, який перестрибує між шарами, накопичується через опір, тому для переходів з високим струмом використовується мідні заливки та зшивання щоб зменшити сумарне значення.
• Покриття. Зовнішній шар обробленої міді включає покриття, тому фактична товщина може перевищувати вагу основної фольги.

Для більшості робіт оцінка квадратів кімнатної температури достатньо близька для прийняття рішення; для конструкцій з обмеженим живленням або датчиками, враховуйте температуру та опір перехідних отворів, розглядаючи це як частину загального терморегулювання друкованої плати.

5. Як зменшити опір слідів друкованої плати

Зменште опір траси шляхом розширення траси, використання важчої міді, скорочення шляху, перемикання силових мереж на мідну заливку або площину та паралельного з'єднання переходних отворів при зміні шарів. Кожен важіль працює, тому що опір дорівнює квадратичному опору шару: розширте або потовстішайте, щоб збільшити поперечний переріз, скоротіть, щоб зменшити квадрати. У порядку впливу:

• Важча мідь – 2 унції або 3 унції пропорційно зменшують опір на тій самій ширині.
• Ширші сліди або розливи – площина фактично є дуже широким провідником з дуже низьким опором.
• Коротший маршрут – менше квадратів, менший опір та падіння.
• Паралельні переходні отвори – кілька переходних отворів на переході шарів розділяють опір переходного отвору.

Там, де сигнали швидкі, а не сильнострумові, відповідною дисципліною є контрольований імпеданс , а не опір – інша ціль, інша математика.

6. Чи збережеться опір після виготовлення?

Розрахований опір має значення лише за умови, що доріжка виготовлена ​​за передбачуваними розмірами, а травлення та покриття трохи зміщують кінцеве значення – зазвичай трохи, але достатньо, щоб мати значення за обмеженого бюджету потужності або доріжки, на яку ви покладаєтеся як на точне значення. Коли ширина є критичною, узгодьте задум дизайну з вашим виробником.

Попередня перевірка проекту для виробництва підтверджує, що ваші силові лінії, вага мідних проводів та стратегія переходів досяжні, а готова геометрія відповідає вашим потребам. Потім Highleap виконує виготовлення та складання плати з товстої міді , з опціями з важкої міді для силових ліній з низьким опором та вимірювань на виробництві, коли конструкція залежить від певного опору траси або падіння напруги. Коли ви запитуєте ціну, вкажіть вагу міді, шини, де падіння напруги є критичним, та будь-яку трасу, від опору якої ви покладаєтеся.

Запропонуйте мою плату живлення

7. Найчастіші запитання щодо стійкості до слідів

Як розрахувати опір доріжок друкованої плати?

Використовуйте R = ρ × довжина ÷ (ширина × товщина) або помножте опір мідного листа (близько 0.5 мОм/квадрат на 1 унцію) на кількість квадратів (довжина ÷ ширина). Обидва варіанти дають однаковий результат.

Який опір мідного дроту масою 1 унція?

Близько 0.5 міліома на квадрат. Таким чином, опір доріжки, вдесятеро довшої за її ширину, становить приблизно 5 мОм в 1 унції міді до врахування температури та впливу перехідних отворів.

Чи змінюється опір доріжок з температурою?

Так. Опір міді зростає приблизно на 0.4% на °C, тому доріжка, що проходить значно вище кімнатної температури, має помітно вищий опір, ніж її низьке значення.

Як зменшити стійкість слідів?

Розширте доріжку, використовуйте важчу мідь, скоротіть шлях, використовуйте мідну заливку або площину для живлення та з'єднайте паралельно кілька переходних отворів на переходах шарів.

Чи може Highleap створювати низькомоторні силові плати з товстої міді?

Так. Highleap пропонує використання важкої міді для низькоомних силових ліній, за допомогою стратегій для переходів між шарами та вимірювань першого виробу, коли конструкція залежить від певного опору траси або падіння напруги.