Preguntas y temas similares se han hecho antes, como

• Anchos de rastreo de PCB estándar?
• Fórmula para caída de voltaje vs ancho de rastreo de PCB, temperatura, corriente y longitud de rastreo

He usado PCB Toolkit en el pasado y no he tenido problemas prácticos, pero tampoco tenía más de 1A ejecutando trazas de señal antes. Lo que estoy notando es que hay una diferencia entre algunas de las calculadoras. Me gustaría saber qué conjunto de herramientas es más confiable.

Entiendo que hay muchas imágenes con información en todas las imágenes, puede saltar al final de esta pregunta para obtener un resumen de las imágenes que se muestran si eso es más fácil.

Kit de herramientas de PCB

Con los modificadores IPC-2152 habilitados

La ventana general se ve así

Jugué con el ancho del conductor hasta que pude ~ 2A. Mi configuración de entrada es la siguiente

Creo que mi casa fabulosa comienza con una base de 0.5 oz y luego se calienta.

Aquí están los resultados para la capa externa

Capa interna (he actualizado el ancho de mi conductor a 22 mils)

Si tuviera que cambiar la opción de plano presente a ningún plano presente, obtengo un conjunto diferente de valores.

Mantener la configuración de la capa externa igual y cambiar solo el plano presente: no

Con IPC-2152 sin modificadores habilitados

De una pregunta que había hecho antes, ¿el aire forzado en PCB mejorará la capacidad actual de rastreo? , lo que parece indicar que la disipación de calor mejora los límites de corriente, entonces la presencia del avión ayuda con el enfriamiento y, por lo tanto, puede manejar corrientes más altas que sin ella.

CircuitCalculator.com : Calculadora de ancho de traza de PCB

Hubiera esperado que los valores fueran similares entre los dos, pero en realidad no lo son.

Si tuviera que ingresar los mismos valores que ingresé para el PCB Toolkit (con la excepción del estado actual del avión y el cobre base y el cobre enchapado), obtengo lo siguiente

**Summary**
The following all has a target current of ~2A with a 20C temp rise.
PCB Toolkit with IPC-2152 modifiers           Internal Trace       22 mils
PCB Toolkit with IPC-2152 without modifiers   Internal Trace       55 mils
Circuit Calculator                            Internal Trace       52.6 mils

PCB Toolkit with IPC-2152 modifiers           External Trace       12 mils
PCB Toolkit with IPC-2152 without modifiers   External Trace       36 mils
Circuit Calculator                            External Trace       20.2 mils

Entonces mi pregunta es, ¿cuál es la correcta porque también estoy tratando de mantener una línea de 50 ohmios si es posible? Me estoy inclinando hacia ese PCB Toolkit que es más preciso, ya que la calculadora en línea está utilizando IPC-2221A y el sitio web no parece haber sido actualizado desde marzo de 2008 (última entrada del blog).

Al final, lo que estoy buscando es un rastro / externo más pequeño, que pueda manejar 2A sin ser excesivo en el grosor del cobre. Las trazas más pequeñas hacen que sea más fácil obtener una línea de 50 ohmios sin tener que aumentar el grosor de mi placa.

Voy a intentar responder esta pregunta desde mi propia investigación sobre esto.

Muchas de las calculadoras en línea para ancho de traza vs corriente se derivan de un documento que se publicó aparentemente hace años. Algunas fuentes han dicho que fue en la década de 1950, pero no he podido encontrar la primera fecha en que se publicó. (Para ser justos, tampoco me veía tan duro). El IPC-2221 es el estándar genérico en diseño de placa impresa.

Encontré una copia de IPC-2221 aquí [enlace]

Existe una versión más moderna de este documento (no tengo la fecha), y es el IPC-2152 que desde entonces ha actualizado parte de la información más antigua del pasado. Si el documento original se publicó en la década de 1950, el diseño de PCB tiene un largo camino, como el uso de aviones y placas multicapa.

El software PCB Toolkit usa (por defecto) IPC-2152 con algo llamado modificadores. Entraré más en eso pronto. Otro sitio web, ( http://www.smps.us/ ) también proporciona una calculadora para el ancho de traza frente a la corriente y utiliza el IPC-2152 como enlace de referencia y el cuerpo incluye algunas explicaciones sobre las diferencias con lo antiguo y lo nuevo.

Hasta hace poco, la fuente principal para el cálculo del ancho de traza de la placa de circuito impreso (PCB) para el aumento de temperatura eran las gráficas derivadas de los experimentos realizados hace más de medio siglo.

Va a decir ...

El nuevo estándar IPC-2152, que se basa en los últimos estudios, está mucho más involucrado. Proporciona más de 100 figuras diferentes y le permite tener en cuenta muchos factores adicionales, como el grosor de PCB y conductores, la distancia a un plano de cobre, etc.

El resto de la página incluye una calculadora y algunas ecuaciones y cómo y por qué el autor hizo ciertas cosas, pero una cosa que dice es

Si tiene una PCB de múltiples capas con un plano de cobre cerca de su conductor, el ∆T real será sustancialmente menor. Sin embargo, para los tableros de menos de 70 mils de grosor sin un plano, las temperaturas pueden ser más altas. Por lo tanto, el IPC que se refiere a la figura 5-2 como conservador puede ser engañoso. De todos modos, para reflejar las condiciones de una aplicación específica, se puede introducir un factor de corrección (modificación) como la relación entre ∆T real y genérica estimada.

Creo que estos son los modificadores que vemos con PCB Toolkit. Cuando conecto los mismos valores tanto para PCB Toolkit como para esta calculadora en línea, obtengo el mismo resultado **

** El ancho de seguimiento interno coincide con el ancho revisado de la calculadora en línea.

Ese documento también asumió arbitrariamente que los conductores internos podían transportar solo la mitad de la corriente de los externos. En realidad, como se menciona en el nuevo estándar, las capas internas pueden funcionar más frías porque el dieléctrico tiene una conductividad térmica 10 veces mejor que el aire.

Pensé que esto era interesante y de acuerdo con Wikipedia

Thermal conductivity, through-plane 0.29 W/m·K,[1] 0.343 W/m·K[2]
Thermal conductivity, in-plane  0.81 W/m·K,[1] 1.059 W/m·K[2]

y The Engineering Toolbox a aproximadamente 20 ° C, la conductividad térmica del aire es de 0.0257 W / m · K

Entonces, si tiene un avión, el dieléctrico se propaga y se calienta, por lo que su rastro puede manejar más corriente de lo que se pensaba anteriormente.

TL; DR IPC-2152 es el nuevo estándar para el ancho de traza frente a la corriente, e incluye la disipación de calor con un plano para que las trazas puedan manejar más corriente, de lo que se pensaba anteriormente.

PCB Toolkit (programa) y http://www.smps.us/pcb-calculator.html utilizan este nuevo estándar. Entonces, si necesita obtener más trazas con una clasificación de corriente más alta, o si está tratando de alcanzar una impedancia objetivo y puede manejar una carga más alta, el IPC-2152 podrá ayudarlo. Sin embargo, si puedes ir más grande, hazlo más grande porque es mejor ser conservador, pero si necesitas exprimir más y ser considerado "seguro", entonces creo que este es el camino.

He usado calculadoras de seguimiento de PCB antes, pero no estaba satisfecho con los resultados. La razón principal es el hecho de que la investigación realizada era bastante antigua y, en segundo lugar, estas calculadoras lo abstraen de las condiciones de investigación como: ¿cuál fue el factor de seguridad considerado en el momento de la investigación, cuál era la condición de operación, cuál era la calidad de la PCB? Además de esto, una vez que obtenga una PCB completamente fabricada, sus especificaciones serán totalmente diferentes de un valor teórico. Para el espesor exacto del conductor dependerá de todo el proceso llevado a cabo por la empresa de fabricación. Como tal, se vuelve difícil / ineficiente usar un resultado teórico en un escenario de la vida real.

Volviendo a lo básico, la capacidad de manejo de amperios está relacionada con la física básica. Cualquier rastro tendrá resistencia finita. Cuando pasa una corriente bajo una caída potencial, habrá una disipación de potencia P = V * I en la pista. Si se alcanza el punto de fusión de la pista, su PCB se daña. Eso es.

Sugeriría un enfoque práctico en lugar de entrar en uno teórico. La idea es obtener un PCB fabricado con trazas hechas de diferentes grosores, colocadas paralelas entre sí. También obtenga esta placa en diferentes grosores de cobre (35 micras, 70 micras, etc.). Use esto como una tabla de referencia para esa casa de fabricación en particular (solo para estar en el lado paranoico). Siempre que desee encontrar la capacidad actual de un ancho de traza, simplemente aplique la señal a una traza que cree que no se derretirá con esta corriente. Deja que permanezca allí por un tiempo hasta que el rastro alcance una temperatura estable. Intente sentir la temperatura con la mano (o mida con un termómetro sin contacto o lo que pueda usar).

Asegúrese de hacer las pruebas para determinar las peores condiciones en las que puede entrar su PCB. Después de obtener la temperatura, puede decidir fácilmente el ancho de la traza.