Trazado de trazado de PCB para minimizar la inductancia

  

¿Por qué ampliar la traza anterior minimiza la inductancia?

La inductancia total es una función de las autoinducciones de las trazas (una de ellas es un plano en tu ejemplo) y la inductancia mutua entre ellas.

Para minimizar aún más la inductancia total, la inductancia mutua debe ser maximizada . Esto se debe a que la corriente fluye en direcciones opuestas, lo que resulta en campos magnéticos opuestos. La inductancia mutua se puede aumentar disminuyendo la distancia entre las trazas (reduciendo el área del bucle) y aumentando el ancho. Creo que esto tiene que ver con la forma en que el campo magnético se distribuye alrededor de la traza, pero se trata de una cuestión física.

Tomemos una vista más simplista.

Toma tu rastro único; tiene alguna inductancia \ $ x \ $.

Ahora agregue una segunda traza en paralelo (conectada en cada extremo) de la misma longitud y dimensiones, de manera que también tenga la misma inductancia \ $ x \ $

Ahora tienes una inductancia total de \ $ \ frac x 2 \ $; es decir, la mitad de la inductancia.

Ahora combina las trazas; todavía tiene una inductancia de \ $ \ frac x 2 \ $

Esto muestra que ampliar una traza reducirá la inductancia de la traza. Como se señaló, también aumentará la capacitancia, pero esa no es la cuestión.

[Update◆

Para ver por qué existe inductancia, echemos un vistazo más de cerca a lo que debe ser el circuito para que fluya cualquier corriente:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Supongamos en mi circuito simplista que la salida de Buf1 es alta. La energía para conducir la traza se obtiene de la fuente de alimentación, a través del controlador hasta la traza, y el bucle se cierra para devolver la misma corriente al lado negativo de la fuente de alimentación.

Esta es una condición requerida para que fluya la corriente, que es la condición requerida para que exista un campo magnético alrededor de un conductor; Como debe haber una corriente de retorno , se forma un bucle.

Puede encontrar este artículo informativo.

Una forma de pensar acerca de esta pregunta es que la corriente en la traza superior produce un campo magnético a su alrededor. La corriente en el plano de tierra inferior también producirá un campo magnético que tenderá a cancelar el campo desde la traza superior a medida que fluye en la dirección opuesta. Si las dos corrientes son idénticas (pero en dirección opuesta) y tienen la misma ubicación física (imposible), los dos campos se cancelarían perfectamente y habría una inductancia cero. Si separa las dos corrientes (por el grosor de la PCB, por ejemplo), parte del campo se cancelará (inductancia mutua), pero otras no, lo que causa la autoinducción. Ahora, cuando la corriente fluye a través del plano de tierra, tomará el camino de menor resistencia, o más precisamente, el camino de menor impedancia, por lo que intentará fluir lo más cerca posible de la traza anterior, ya que tiene la autoinducción más baja (impedancia). = resistencia + inductancia ampliamente). Es por eso que acercar el trazado al plano y reducir el área de bucle entre los dos reducirá la inductancia. Sin embargo, y aquí está la respuesta, toda la corriente en el plano de tierra no puede fluir a través de la misma pieza de cobre, ya que el campo magnético de un electrón en movimiento alejará a los otros electrones en movimiento, de modo que la corriente se extenderá por todo el plano de tierra. . Al igual que la corriente de la traza superior produce un campo magnético que interactúa con la corriente del plano de tierra, el campo de un electrón en movimiento en el plano de tierra interactúa con el campo de otro, separándolos. Esta propagación de la corriente en el plano de tierra aumenta la autoinducción, por lo que al aumentar el ancho de la traza superior, las dos corrientes pueden duplicarse entre sí, lo que aumenta la cancelación del campo y reduce la autoinducción. Espero que esta explicación te dé una idea de la física involucrada.

Cualquier parte conductora en la proximidad de un campo magnético de CA local a partir de la corriente en un cable / conductor aislado generará corrientes de Foucault y cuanto más grande o más ancha sea la parte de la conducción aislada, más grandes serán las corrientes de Foucault.

Los campos magnéticos también pueden plegarse sobre los conductores que los crean y producen corrientes de Foucault. Estas corrientes de Foucault actúan como pequeños giros cortos distribuidos y cuanto más grande / ancha es la pista, mayor es la corriente de Foucault.

Por lo tanto, para las pistas más gruesas hay más corrientes de Foucault y, el efecto numérico de esto es reducir la inductancia general de la pista / conductor.

Le ofrezco dos ejemplos "intuitivos" muy simples para responder a su pregunta.

Ejemplo 1
De la definición de inductancia, L = -V / (di / dt), se puede ver que:
 a medida que aumenta la corriente (di), disminuye la inductancia (L).
 Además, como I = V / R, I aumenta a medida que R disminuye.
Además, dado que R = k / A, R disminuye a medida que aumenta el área de la sección transversal (A).
Por lo tanto, a medida que aumenta el área de la sección transversal (A), disminuye la inductancia (L) .

Ejemplo 2
Realice dos trazos separados idénticos, con área de sección transversal (A) = 1 mm cuadrado. Digamos que cada uno tiene 1 mh de inductancia. Cuando conecta los extremos, es equivalente a cablear dos inductores en paralelo . La inductancia total de dos inductores en paralelo es L = (L1 x L2) / (L1 + L2). Dado que L1 = L2, L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2. Esto muestra que cuando duplicamos (aumentamos) el área de la sección transversal (A = 2 mm2), cortamos (disminuimos) la inductancia a la mitad.