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平面电流密度对PCB设计和功能的影响

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作者Cadence PCB解决方案

用蓝色表示抽象的路由和电路特征

在成长过程中，像大多数小男孩一样，我喜欢看飞机和飞行表演，了解飞机，建造飞机模型。然而，当时我最喜欢的一句话是:“这是一只鸟，这是一架飞机，这是超人。”所以，可以肯定地说，我一直对飞行很着迷。

然而，还有一些飞机不涉及飞行。这些不同的层面指的是关于现实的理论，比如存在的层面，而其他层面指的是权力和基础。后者是特别有趣的，因为它们对PCB设计，功能和性能的重要性。

在接下来的段落中，我们将讨论飞机(不是空气)，设计和电流密度，因为我们涵盖了重要性，他们都有共同点。

什么是电流密度?

在电磁学领域，电流密度是单位横截面(m2)面积上的电流(以安培为单位的电荷流)的测量。同样，这是一个矢量，有大小和方向。此外，我们测量电流密度安培每平方米。

与PCB的电流密度一样重要的是，这仍然是一个没有得到足够重视的设计领域。对我来说，气球的类比总是把电流密度的参数放在正确的角度。我想这是因为PCB迹线中的电流密度很像气球中的压力。你想把尽可能多的空气塞进气球里，但是如果你把它填满了:砰!

在大多数情况下，PCB痕迹也是如此。我们想要设计的痕迹尽可能小，但携带最新的可能。然而，就像气球一样，如果我们超载了痕迹电流过大:爆炸。不过，对于PCB来说，这种爆炸声不仅会吓到生日派对上的一些毫无防备的孩子。这种繁荣很可能意味着trace和其他板组件都是吐司。换句话说，就是PCB故障。

印刷电路板运行与微控制器的电源条纹

这可能看起来很酷，你的电路板发光没有led，但我们向你保证，它不应该是。

平面电流密度的PCB设计指南

在设计或铺设PCB之前，标准的做法是进行电路分析，以确认系统的网络是否正常适当的操作参数．我们要确保电压降、电流流和阻抗符合我们的目标。

现在，在这些确认之后，我们进入实际的PCB设计阶段，相信系统将按预期执行。然而，一旦我们过渡到PCB设计，还有其他方面需要考虑。其中一个考虑因素是，你猜对了，电流密度。

平面电流密度是我们电力输送网络轨迹的重要性能之一。综上所述，电流不足的走线会导致信号被误解，电流过大的走线会导致有害的后果，包括PCB故障。但是，如果知道迹线的电流密度，就可以确保电流处于这两个极端之间。

如何测量(平面)电流密度

如前所述，电流密度是每单位面积通过材料的电流流量。此外，对于pcb来说，这种材料通常是层上的铜痕迹或金属镀孔。PCB电流密度的计算公式如下:

J = I / a

地点:

  • J等于电流密度，单位安培/米方

  • I是电流，单位安培(A)

  • A为横截面积(m2)

一般来说，PCB平面电流密度量化流过迹线或通过的电流或电荷的数量。当然，这是一个关键的量，因为每种材料都有它所能携带的有限电流。此外，这指的是容量，这是在导体发生劣化之前导体可以安全携带的最高电流水平。

而且，我相信你也知道，电流通过导体会产生热量。这种热量，反过来，消散到相邻的区域，并被描述为功率传递损失成正比的电阻的导体。输电损耗的计算公式如下:

Ploss = I2R

地点:

  • Ploss是指通过散热而损失的功率，单位为瓦(W)。

  • I2是流过导体的电流的平方，单位是安培的平方(A2)。

  • R为导体电阻，单位为欧姆(Ω)

总的来说，能够计算PCB电流密度将使您更好地了解PCB的功率传输能力。此外，它还将允许您制定设计，以避免潜在的电源故障。尽管你可以接受不可避免的破坏性短缺和吸烟板，因为你没有正确检查你目前的密度。开玩笑的是，检查和确认电流密度，无疑可以节省您的时间，降低成本，提高可靠性和设计。

适当的平面电流密度水平指南

我之前没有提到电流密度水平需要在公差范围内以促进适当的PCB功能。另一个类比是人类的血压。我认为这是合适的，因为首先，血液对于人类就像电流对于PCB一样。其次，血压之于人，就像电流密度之于PCB。

综上所述，如果你的血压过高，你可能会中风，即人体衰竭。如果你的电流密度过高，PCB失效。你得到了相关性。

因此，如果电流密度超过区域参数，将导致灾难性的故障。虽然可以手动计算这些参数，但这既繁琐又具有挑战性。首先，有一些考虑因素使这项工作具有挑战性。

模拟与平面电流密度参数计算

导致人工电流密度参数计算不明智的因素有很多。例如，电流分布在几条线和跟踪角的扇形。其他因素包括来自附近导体或设备的感应电流，它们也有大量的变量和难以计算的面积。换句话说，计算和设计中的变量越多，出错的可能性就越大。

快板红外下降分析与动力树文件

使用适当的模拟可以使最密集的板更容易理解。

然而，为了避免这些可能的错误，我们仍然需要对我们所有痕迹的电压和电流然后再交给制造部门。那么，我们如何实现我们所要求的准确性和设计要求的效率呢?

答案很简单;我们使用PCB设计软件中的分析和仿真．通过模拟，您将能够对当前流量分布运行测试，并更好地了解潜在故障点可能发生的位置。此外，您还可以根据需要重新设计这些区域，以便在电路板进入制造之前解决这些潜在的问题。

电流密度和电流流量影响PCB设计的各个方面。信号和电流的流动是任何PCB的生命，没有它，PCB只是另一块板。

适当的平面电流密度策略很容易实现Cadence的设计和分析工具套件．利用Allegro PCB Designer使您的设计能够保持足够的电压，而不会使您的电路板设计负担过重。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．