Layout Jejak PCB untuk Meminimalkan Induktansi

13

Saya bertanya-tanya apa intuisi di balik pelebaran jejak PCB untuk meminimalkan induktansi antara jejak dan bidang dasarnya. Banyak panduan desain kecepatan tinggi mengutip ini tanpa memberikan banyak penjelasan. Bukankah seharusnya daerah loop antara jejak dan bidang tanahnya tetap sama, meskipun jejaknya diperluas?

Mengapa memperluas jejak di atas meminimalkan induktansi? Mengabaikan persyaratan apa pun untuk kemampuan penelusuran saat ini.

pcb-design inductance

— wubzorz
sumber

Pelebaran jejak tidak meminimalkan induktansi tetapi menguranginya. Ini juga meningkatkan kapasitansi dan karena itu mengubah impedansi karakteristik sehingga, pada dasarnya, apakah pertanyaan Anda terkait dengan artikel tentang hal ini. Jika tidak, Anda dapat menautkan ke artikel.

— Andy alias

Pertanyaan hanya berkaitan dengan mengapa pengurangan lebar track pada ilustrasi di atas mengurangi induktansi. Pendapat saya tidak dengan artikel / panduan yang mempromosikan tip desain ini, melainkan fakta bahwa mereka tidak mempublikasikan (lebih dari satu atau dua kalimat) alasan mendasar MENGAPA induktansi dikurangi.

— wubzorz

Mengurangi lebar track harus meningkatkan induktansi bukan menguranginya.

— Andy alias

Permintaan maaf saya. "Mengapa menambah lebar lintasan pada ilustrasi di atas mengurangi induktansi".

— wubzorz

Pada akhirnya pertanyaan ini muncul untuk melihat fisika, itu hanya fakta fisik. Namun, mengurangi area loop memiliki dampak yang jauh lebih tinggi pada induktansi loop total daripada meningkatkan lebar.

— Rev1.0

3

Mengapa memperluas jejak di atas meminimalkan induktansi?

Induktansi total adalah fungsi induktansi diri dari jejak (salah satunya adalah pesawat dalam contoh Anda) dan induktansi timbal balik di antara mereka.

Untuk lebih meminimalkan total induktansi, induktansi timbal balik harus dimaksimalkan . Ini karena arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan, menghasilkan medan magnet yang berlawanan. Induktansi timbal balik dapat ditingkatkan dengan mengurangi jarak antara jejak (mengurangi daerah loop) dan dengan meningkatkan lebar. Saya percaya ini ada hubungannya dengan bagaimana medan magnet didistribusikan di sekitar jejak, tetapi ini bermuara pada pertanyaan fisika.

— Rev1.0
sumber

Medan magnet "lawan" ini mengurangi kerapatan fluks magnet antara jejak dan bidang? Jadi, bidang yang saling berkontribusi oleh kedua konduktor secara efektif menentang satu sama lain dan mengurangi fluks di bidang itu? Saya bisa mengerti mengapa jarak antara dua konduktor akan mengurangi induktansi, namun bagaimana memperluas lebar mengatakan ... jejak dengan sendirinya menurunkannya? Satu-satunya cara yang saya bisa mengerti mengapa adalah karena arus eddy di konduktor "lebih luas" berkontribusi lebih banyak "berlawanan" fluks ke area antara dua konduktor.

— wubzorz

"Saya bisa mengerti mengapa jarak antara dua konduktor akan mengurangi induktansi" - Ini mengurangi induktansi diri L1 (jejak) dan L2 (bidang). "Bagaimana memperluas lebar katakana ... jejak itu dengan sendirinya menurunkannya?" - Meningkatkan lebar meningkatkan induktansi timbal balik yang pada dasarnya dikurangi dari jumlah induktansi diri untuk mendapatkan induktansi loop .

— Rev1.0

Bagaimana kita mendefinisikan induktansi diri dari kawat yang benar-benar lurus? Tidakkah seharusnya penjumlahan dari induktansi diri menjadi kecil dibandingkan dengan induktansi bersama? Saya melihat sekarang bahwa jejak yang lebih luas meningkatkan induktansi timbal balik, tetapi saya mengalami kesulitan memahami mengapa ini tidak hanya berkontribusi pada induktansi loop keseluruhan daripada menguranginya.

— wubzorz

Ada beberapa rumus (disederhanakan untuk perkiraan yang baik dalam kondisi tertentu) untuk menghitung jejak pada bidang dan bidang induktansi. Induktansi tidak berkontribusi, tetapi dalam (baik matematis negatif) dengan cara yang positif. Ini, seperti yang disebutkan sebelumnya, karena medan magnet yang berlawanan yang digabungkan.

— Rev1.0

Tetapi dalam kasus kami, di mana kami memiliki arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan di jalur kirim / kembali, tidakkah garis bidang yang digabungkan ini ditambahkan?

— wubzorz

4

Mari kita ambil vew yang lebih sederhana.

$x$

$\frac x 2$

Ini menunjukkan bahwa pelebaran jejak akan mengurangi induktansi jejak. Seperti dicatat, ini juga akan meningkatkan kapasitansi, tetapi itu bukan pertanyaan.

[Memperbarui]

Untuk melihat mengapa induktansi benar-benar ada, mari kita lihat lebih dekat pada apa yang harus sirkuit untuk setiap arus mengalir:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Asumsikan dalam rangkaian sederhana saya bahwa output Buf1 menjadi tinggi. Energi untuk menggerakkan jejak bersumber dari catu daya, melalui driver ke jejak, dan loop ditutup untuk mengembalikan arus yang sama kembali ke sisi negatif dari catu daya.

Ini adalah kondisi yang diperlukan untuk arus mengalir, yang merupakan kondisi yang diperlukan untuk medan magnet yang ada di sekitar konduktor; sebagai harus ada arus balik , loop memang terbentuk.

Anda mungkin menemukan artikel ini informatif.

— Peter Smith
sumber

Bagaimana jejak-jejak individual tersebut dapat diberikan induktansi ketika kita tidak mendefinisikan loop rangkaian untuk kerapatan fluks?

— wubzorz

@wubzorz arus balik dibuat segera ketika sinyal mendorong jejak. Arus balik adalah arus perpindahan melalui dielektrik PCB. Jadi sinyal + arus balik (arus perpindahan) membentuk satu lingkaran.

— efox29

1

Salah satu cara untuk memikirkan pertanyaan ini adalah bahwa arus di jejak atas menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Arus di bidang tanah di bawah ini juga akan menghasilkan medan magnet yang akan cenderung membatalkan medan dari jejak atas karena mengalir dalam arah yang berlawanan. Jika kedua arus identik (tetapi berlawanan arah) dan memiliki lokasi fisik yang sama (tidak mungkin), kedua bidang akan membatalkan dengan sempurna dan akan ada nol induktansi. Jika Anda memisahkan kedua arus (dengan ketebalan PCB misalnya), beberapa bidang akan dibatalkan (induktansi timbal balik) tetapi sebagian tidak, yang menyebabkan induktansi sendiri. Sekarang ketika arus mengalir melalui bidang tanah itu akan mengambil jalan perlawanan paling sedikit, atau lebih tepatnya, jalur dengan impedansi terendah sehingga akan mencoba mengalir sedekat mungkin dengan jejak di atas karena ini memiliki induktansi diri terendah (impedansi = resistansi + induktansi secara luas). Itu sebabnya membawa jejak lebih dekat ke pesawat dan mengurangi area loop antara keduanya akan mengurangi induktansi. Namun, dan inilah jawabannya, semua arus di bidang tanah tidak dapat mengalir melalui bagian yang sama dari tembaga karena medan magnet dari satu elektron yang bergerak akan mendorong elektron bergerak lainnya menjauh sehingga arus akan menyebar melintasi bidang tanah . Sama seperti arus dari jejak atas menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan arus dari bidang tanah, medan dari satu elektron yang bergerak di bidang tanah berinteraksi dengan medan dari bidang lainnya yang mendorong mereka terpisah. Penyebaran arus di bidang tanah ini meningkatkan induktansi diri sehingga dengan meningkatkan lebar jejak atas dua arus dapat lebih dekat saling mencerminkan yang meningkatkan pembatalan lapangan dan mengurangi induktansi diri. Semoga penjelasan ini memberi Anda wawasan tentang fisika yang terlibat.

— Gary Henderson
sumber

0

Setiap bagian konduksi di sekitar medan magnet AC lokal dari arus dalam kawat / konduktor yang terisolasi akan menghasilkan arus eddy dan semakin besar / lebih luas bagian konduksi yang terisolasi adalah semakin besar arus eddy.

Medan magnet juga dapat melipat kembali pada konduktor yang membuatnya dan menghasilkan arus eddy. Arus eddy ini bertindak sebagai belokan korsleting kecil yang didistribusikan dan semakin besar / semakin lebar jalur, semakin besar arus eddy biasanya.

Oleh karena itu untuk trek yang lebih gemuk terdapat lebih banyak arus eddy dan, efek numerik dari ini adalah untuk mengurangi induktansi keseluruhan dari trek / konduktor.

— Andy alias
sumber

Jadi arus eddy dalam jejak "lebih luas" berkontribusi medan magnet berlawanan yang lebih besar ke daerah antara kedua konduktor? Jadi jejak yang lebih luas ini secara efektif mengarahkan LEBIH BANYAK garis fluks di daerah antara?

— wubzorz

"keduanya konduktor"? Arus eddy menghasilkan fluks yang menentang fluks yang berasal dengan demikian, lebih sedikit fluks per amp adalah hasil bersih dan definisi induktansi adalah fluks per amp. Itu sama dengan laminasi dalam komponen daya magnet harus tipis sehingga arus eddy berkurang. Efek serupa menyebabkan arus AC dibawa di sekitar permukaan konduktor daripada di tengah.

— Andy alias

0

Saya memberikan dua contoh "intuitif" yang sangat sederhana untuk menjawab pertanyaan Anda.

Contoh 1
Dari definisi induktansi, L = -V / (di / dt), orang dapat melihat bahwa:
ketika arus (di) meningkat, induktansi (L) berkurang.
Juga, karena I = V / R, saya meningkat ketika R berkurang.
Juga, karena R = k / A, R berkurang dengan bertambahnya luas penampang (A).
Oleh karena itu, ketika luas penampang (A) meningkat, induktansi (L) berkurang .

Contoh 2
Buat dua jejak terpisah yang identik, dengan luas penampang (A) = 1 mm persegi. Katakanlah masing-masing memiliki 1 mh induktansi. Ketika Anda menghubungkan ujung-ujungnya, itu sama dengan menghubungkan dua induktor secara paralel . Induktansi total dua induktor secara paralel adalah L = (L1 x L2) / (L1 + L2). Karena L1 = L2, L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2. Ini menunjukkan bahwa ketika kita menggandakan (meningkatkan) luas penampang (A = 2 sq. Mm), kita memotong (menurunkan) induktansi menjadi setengah.

— Guill
sumber