인덕턴스를 최소화하기위한 PCB 트레이스 레이아웃

트레이스와 접지면 사이의 인덕턴스를 최소화하기 위해 PCB 트레이스를 넓히는 직관이 무엇인지 궁금했습니다. 많은 고속 설계 가이드에서 많은 설명을 제공하지 않고이를 인용합니다. 트레이스가 넓어 지더라도 트레이스와 접지면 사이의 루프 영역이 동일하게 유지되어서는 안됩니까?

위의 트레이스를 넓히면 인덕턴스가 최소화되는 이유는 무엇입니까? 현재 추적 기능에 대한 요구 사항을 무시합니다.

위의 트레이스를 넓히면 인덕턴스가 최소화되는 이유는 무엇입니까?

총 인덕턴스는 트레이스의 자기 인덕턴스 (예 : 평면 중 하나)와 상호 인덕턴스의 함수입니다.

총 인덕턴스를 추가로 최소화하려면 상호 인덕턴스를 최대화 해야합니다 . 이것은 반대 방향으로 흐르는 전류로 인해 반대 자기장이 발생하기 때문입니다. 트레이스 사이의 거리를 줄이고 (루프 면적을 줄임) 폭을 증가시킴으로써 상호 인덕턴스를 증가시킬 수 있습니다. 나는 이것이 자기장이 흔적 주위에 분포되는 방식과 관련이 있다고 생각하지만, 이것은 물리학 질문에 달려 있습니다.

더 단순한 맹세를 봅시다.

$x$

이제 동일한 인덕턴스 갖도록 동일한 길이와 치수의 두 번째 트레이스 (병렬로 연결됨)를 추가하십시오.$x$

$\frac x 2$

이제 추적을 병합하십시오. 여전히 의 인덕턴스가 있습니다$\frac x 2$

이는 트레이스를 넓히면 트레이스의 인덕턴스가 감소한다는 것을 보여줍니다. 언급했듯이 정전 용량도 증가하지만 문제는 아닙니다.

[최신 정보]

인덕턴스가 실제로 존재하는 이유를 확인하려면 전류가 흐르기 위해 회로가 무엇인지 자세히 살펴 보겠습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

간단한 회로에서 Buf1의 출력이 높아진다고 가정합니다. 트레이스를 구동하는 에너지는 전원 공급 장치에서 드라이버를 통해 트레이스로 공급되며 루프는 닫혀 동일한 전류를 전원 공급 장치의 음극으로 되돌립니다.

이것은 전류가 흐르기위한 필수 조건이며, 이는 자기장이 도체 주위에 존재하기위한 필수 조건입니다. 로 복귀 전류가 있어야합니다 , 루프가 참으로 형성된다.

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이 질문에 대해 생각하는 한 가지 방법은 상단 트레이스의 전류가 주변에 자기장을 생성한다는 것입니다. 아래 접지면의 전류는 자기장을 생성하여 반대 방향으로 흐르면서 상단 트레이스에서 필드를 상쇄시키는 경향이 있습니다. 두 전류가 동일하지만 반대 방향으로 동일한 물리적 위치를 갖는 경우 (불가능) 두 필드가 완벽하게 상쇄되고 인덕턴스가 0이됩니다. 두 개의 전류를 (예를 들어 PCB의 두께에 의해) 분리하면 일부 필드는 취소되지만 (상호 인덕턴스) 일부는 그렇지 않습니다. 이것이 자기 인덕턴스의 원인입니다. 전류가 접지면을 통해 흐르면 저항이 가장 적거나 더 정확하게 자기 임피던스가 가장 낮기 때문에 (임피던스 = 저항 + 인덕턴스) 가장 낮은 임피던스 경로를 통해 가능한 한 위의 트레이스에 가깝게 흐르게됩니다. 그렇기 때문에 트레이스를 평면에 더 가깝게 배치하고 둘 사이의 루프 영역을 줄이면 인덕턴스가 감소합니다. 그러나 여기에 답이 있습니다. 하나의 움직이는 전자에서 나오는 자기장이 다른 움직이는 전자를 밀어내어 접지면을 가로 질러 전류가 퍼지므로 접지면의 모든 전류가 동일한 구리 조각을 통과 할 수 없습니다 . 상단 트레이스로부터의 전류가 접지면으로부터의 전류와 상호 작용하는 자기장을 생성하는 것처럼, 접지면에서 하나의 움직이는 전자로부터의 필드는 다른 것을 밀어 내서 필드와 상호 작용한다. 접지면에 전류가 확산되면 자체 인덕턴스가 증가하므로 상단 트레이스의 폭을 늘리면 두 전류가 서로 더 가깝게 미러링되어 필드 상쇄가 증가하고 자체 인덕턴스가 감소합니다. 이 설명이 관련 물리학에 대한 통찰력을 제공하기를 바랍니다.

절연 전선 / 전도체의 전류에서 발생하는 로컬 AC 자기장 근처의 도체 부품은 와전류를 생성하며 절연 도체 부품이 커질수록 와전류는 더 커집니다.

자기장은 또한 그것을 만들어서 와전류를 생성하는 도체에서 접힐 수 있습니다. 이 와류는 작은 분산 단락 턴으로 작용하며 트랙이 클수록 더 큰 전류는 일반적으로 와상 전류가 커집니다.

따라서 트랙이 더 뚱뚱한 트랙에는 더 많은 와전류가 있으며, 이것의 수치 효과는 트랙 / 컨덕터의 전체 인덕턴스를 줄이는 것입니다.

귀하의 질문에 대답하기 위해 두 가지 매우 간단한 "직관적 인"예제를 제공하고 있습니다.

예 1
인덕턴스 정의 L = -V / (di / dt)
에서 전류 (di)가 증가함에 따라 인덕턴스 (L)가 감소 함을 알 수 있습니다.
또한, I = V / R이므로, R이 감소함에 따라 증가한다.
또한, R = k / A이므로, 단면적 (A)이 증가함에 따라 R이 감소한다.
따라서, 단면적 (A)이 증가함에 따라 인덕턴스 (L)는 감소한다 .

예 2
단면적 (A) = 1 sq. mm 인 두 개의 동일한 별도 트레이스를 만듭니다. 각각 1MHz 인덕턴스가 있다고 가정 해 봅시다. 끝을 연결할 때 두 인덕터 를 병렬 로 배선하는 것과 같습니다 . 두 인덕터의 병렬 인덕턴스는 L = (L1 x L2) / (L1 + L2)입니다. L1 = L2이므로 L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2입니다. 이것은 단면적을 두 배로 늘리면 (A = 2 sq. mm) 인덕턴스 를 반으로 줄입니다 (감소) .