Układ śledzenia PCB w celu zminimalizowania indukcyjności

Zastanawiałem się, jaka intuicja kryje się za poszerzeniem ścieżek PCB, aby zminimalizować indukcyjność między śladem a jego płaszczyzną uziemienia. Przytacza to wiele przewodników projektowych o dużej prędkości, nie podając wielu wyjaśnień. Czy obszar pętli między śladem a płaszczyzną podłoża nie powinien pozostać taki sam, pomimo poszerzonego śladu?

Dlaczego poszerzenie powyższego śladu minimalizuje indukcyjność? Ignorowanie jakichkolwiek wymagań dotyczących bieżącej zdolności śledzenia.

Dlaczego poszerzenie powyższego śladu minimalizuje indukcyjność?

Indukcyjność całkowita jest funkcją indukcyjności własnych śladów (jedna z nich jest płaszczyzną w twoim przykładzie) i wzajemnej indukcyjności między nimi.

Aby dodatkowo zminimalizować całkowitą indukcyjność, wzajemna indukcyjność powinna zostać zmaksymalizowana . Wynika to z prądu płynącego w przeciwnych kierunkach, co powoduje powstawanie przeciwnych pól magnetycznych. Wzajemną indukcyjność można zwiększyć, zmniejszając odległość między śladami (zmniejszając obszar pętli) i zwiększając szerokość. Uważam, że ma to związek z rozkładem pola magnetycznego wokół śladu, ale sprowadza się to do pytania fizyki.

Weźmy bardziej uproszczony vew.

$x$

$x$

$\frac x 2$

$\frac x 2$

To pokazuje, że poszerzenie śladu zmniejszy indukcyjność śladu. Jak wspomniano, zwiększy to również pojemność, ale nie o to chodzi.

[Aktualizacja]

Aby zobaczyć, dlaczego indukcyjność rzeczywiście istnieje, przyjrzyjmy się bliżej, jaki musi być obwód, aby mógł płynąć każdy prąd:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Załóżmy w moim uproszczonym obwodzie, że moc wyjściowa Buf1 idzie w górę. Energia do napędzania śladu jest pobierana z zasilacza, przez sterownik na ślad, a pętla jest zamknięta, aby przywrócić ten sam prąd z powrotem do ujemnej strony zasilacza.

Jest to warunek konieczny do przepływu prądu, który jest warunkiem koniecznym istnienia pola magnetycznego wokół przewodnika; ponieważ musi istnieć prąd powrotny , rzeczywiście powstaje pętla.

Ten artykuł może być pouczający.

Jednym ze sposobów myślenia o tym pytaniu jest to, że prąd w górnym śladzie wytwarza wokół niego pole magnetyczne. Prąd w płaszczyźnie uziemienia poniżej wytworzy również pole magnetyczne, które będzie miało tendencję do anulowania pola z górnego śladu, gdy płynie on w przeciwnym kierunku. Jeśli dwa prądy są identyczne (ale przeciwnie do kierunku) i mają to samo fizyczne położenie (niemożliwe), dwa pola idealnie by się skasowały i nie byłoby indukcyjności zerowej. Jeśli odsuniesz dwa prądy od siebie (na przykład o grubość płytki drukowanej), niektóre pola zostaną anulowane (wzajemna indukcyjność), ale niektóre nie, a to powoduje indukcyjność własną. Teraz, gdy prąd przepłynie przez płaszczyznę uziemienia, przejdzie ścieżkę najmniejszego oporu, a dokładniej, ścieżka najmniejszej impedancji, więc będzie próbowała płynąć tak blisko śladu powyżej, jak to możliwe, ponieważ ma ona najniższą samoindukcyjność (impedancja = rezystancja + indukcyjność ogólnie). Dlatego przybliżenie śladu do płaszczyzny i zmniejszenie obszaru pętli między nimi zmniejszy indukcyjność. Jednak i oto odpowiedź, cały prąd w płaszczyźnie uziemienia nie może przepływać przez ten sam kawałek miedzi, ponieważ pole magnetyczne z jednego ruchomego elektronu odepchnie pozostałe ruchome elektrony, tak że prąd rozłoży się na płaszczyznę uziemienia . Tak jak prąd z górnego śladu wytwarza pole magnetyczne, które oddziałuje z prądem z płaszczyzny uziemienia, tak pole z jednego poruszającego się elektronu w płaszczyźnie uziemienia oddziałuje z polem z drugiego, odsuwając je od siebie. To rozprzestrzenianie się prądu w płaszczyźnie uziemienia zwiększa indukcyjność własną, więc zwiększając szerokość górnego śladu, dwa prądy mogą ściślej odzwierciedlać się nawzajem, co zwiększa eliminację pola i zmniejsza indukcyjność własną. Mam nadzieję, że to wyjaśnienie da ci wgląd w związaną z tym fizykę.

Wszelkie części przewodzące w pobliżu lokalnego pola magnetycznego prądu zmiennego z prądu w izolowanym przewodzie / przewodzie wytwarzają prądy wirowe, a im większa / szersza izolowana część przewodząca, tym większe będą prądy wirowe.

Pola magnetyczne mogą również składać się na przewodach, które je wytwarzają i wytwarzają prądy wirowe. Te prądy wirowe działają jak małe rozproszone zwarte zwoje i im większy / szerszy tor, tym większy jest zwykle prąd wirowy.

Dlatego w przypadku grubszych ścieżek występuje więcej prądów wirowych, a ich efektem numerycznym jest zmniejszenie ogólnej indukcyjności ścieżki / przewodnika.

Podaję dwa bardzo proste „intuicyjne” przykłady, aby odpowiedzieć na twoje pytanie.

Przykład 1
Z definicji indukcyjności, L = -V / (di / dt), widać, że:
wraz ze wzrostem prądu (di) indukcyjność (L) maleje.
Ponadto, ponieważ I = V / R, I wzrasta wraz ze spadkiem R.
Ponadto, ponieważ R = k / A, R zmniejsza się wraz ze wzrostem pola przekroju (A).
Dlatego wraz ze wzrostem pola przekroju (A) maleje indukcyjność (L) .

Przykład 2
Wykonaj dwa identyczne oddzielne wykresy o polu przekroju poprzecznego (A) = 1 mm2. Powiedzmy, że każdy ma indukcyjność 1 mh. Po podłączeniu końców jest to równoznaczne z połączeniem dwóch cewek równolegle . Całkowita indukcyjność dwóch równoległych cewek wynosi L = (L1 x L2) / (L1 + L2). Ponieważ L1 = L2, L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2. To pokazuje, że kiedy podwajamy (zwiększamy) pole przekroju (A = 2 mm2), przecinamy (zmniejszamy) indukcyjność na pół.