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电路笔记(PCB):电流容量(IPC-2221和IPC-2152)+阻抗匹配

news 来源：原创 2024/7/5 15:38:29

电流容量

$I=K\times T^{b}\times A^{c}$

这个公式用于估计PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）导线上的电流（I），其中T和A分别表示温度（Temperature）和导线截面积（Area），K，b,c为系数。
I: 这是PCB导线上的电流，单位安培（A）。
T: 这是导线的工作温度，摄氏度（°C）。
A: 这是导线的截面积，平方密耳（mil²）。
相关系数:对于 IPC-2221 内层：K = 0.024，b = 0.44，c = 0.725。对于 IPC-2221 外层：K = 0.048，b = 0.44，c = 0.725

https://cn.qorvo.com/design-hub/design-tools/interactive/pcb-trace-power-handling-calculator

IPC-2152 标准提供了一种计算 PCB 导线（导轨）电流容量的方法。通过考虑导线的尺寸、环境温度、材料特性等因素，可以计算出导线在安全工作温度下能够承受的最大电流负载。
IPC-2152标准由一系列图标组成。关于图标的使用可以参考这个链接。

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例如，假设一个非常薄的柔性电介质中的迹线必须连续承载4安培，并且您希望将温度上升限制在环境温度的10°C以内。要使用保守图表，请沿着4.0安培的电流线穿过，直到它与10°C的温度曲线相交。沿着该交叉点向下，找到300平方密耳的推荐横截面积。该横截面积可以通过利用已知的设计约束对其进行修改来进一步细化。

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在Tools里的"Program Options"配置IPC标准、蚀刻(etch)因子、软件主题等
"Conductor Properties"部分可以计算导线电流等参数。设置导线宽度（conductor width）、导线长度(conductor length)、PCB厚度(pcb thickness)、频率（frequency）或选择直流DC模式。软件自动计算出，趋肤深度(skin depth)、导线电流（conductor current）、电压降（voltage drop)。
“Via Properties”部分可以计算过孔参数。设置过孔直径（via hole diameter）、内焊盘直径(internal pad diameter)、参考平面开孔直径（ref plane opening diameter）过孔高度(via height)、过孔金属层厚度(via plating thickness)。软件自动计算出，过孔寄生电容（via capacitance)、过孔寄生电感（via inductance）、过孔阻抗（via impedance)，过孔直流电阻（via DC resistance）、谐振频率（resonant frequency）等参数。

信号反射指的是信号在传输过程中遇到阻抗不匹配而发生反射的现象。在电路中，当信号从一个阻抗为 $Z_1$ 的传输线传输到另一个阻抗为 $Z_2$ 的传输线或负载时，如果 $Z_1 \neq Z_2$ ，就会发生信号的一部分反射回去，而不是完全被传输到负载或下一个阶段。这种反射会导致信号的损失和波形的失真，影响电路的性能。

阻抗匹配是为了减少信号反射而采取的一系列措施。它的基本思想是调整电路中的各个部分的阻抗，使得信号在整个电路中的传输过程中能够尽可能地被有效地传输到负载或下一个阶段，而不发生大量的反射。
在高频电路设计中，阻抗匹配可以通过多种方式实现，比如使用阻抗转换器、匹配网络、变压器等。阻抗匹配的目标是使得各个部分的阻抗能够平滑地过渡，从而最小化反射，提高信号的传输效率和质量。可使用时域测试反射仪（Time Domain Reflectometer，TDR）计算线路的阻抗。
实际操作中，对于信号线，可以使用一些线宽计算工具，比如嘉立创阻抗计算神器(新) ，选择板层、板厚、内层铜厚、阻抗层、参考层并输入阻抗值、线距（差分阻抗）、线到铜的距离（共面阻抗），点计算，可自动计算出线宽及叠构方案。

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