开云-利用下一代电流传感器应对PCB设计挑战系列文章之一 —— 应对PCB设计中的尺寸挑战

2024-11-22

[导读]跟着对小型电子装备的需求不竭增加，工程师面对的一项重年夜挑战，就是若何在有限的 PCB 面积内集成所有需要组件。电子设计的一个要害方面是电流丈量，这对监控和节制能源利用、确保平安和提高电子系统的整体机能相当主要。但是，传统的电流检测方式，特别是触及分流电阻的方式，此中存在诸多坚苦。这些方式凡是需要额外的放年夜器和滤波器，这不但占用贵重的 PCB 空间，并且还增添了出产本钱。磁电传播感器的呈现，已成长为可行的替换方案；它将多个分立元件集成到单个集成电路中，从而显著削减 PCB 元件封装面积。磁电传播感器为传统电流丈量手艺供给了一种紧凑而高效的替换方案，可显著减小 PCB 上元件的尺寸，这对空间受限的电子设计相当主要。跟着对小型电子装备的需求不竭增加，工程师面对的一项重年夜挑战，就是若何在有限的 PCB 面积内集成所有需要组件。电子设计的一个要害方面是电流丈量，这对监控和节制能源利用、确保平安和提高电子系统的整体机能相当主要。但是，传统的电流检测方式，特别是触及分流电阻的方式，此中存在诸多坚苦。这些方式凡是需要额外的放年夜器和滤波器，这不但占用贵重的 PCB 空间，并且还增添了出产本钱。磁电传播感器的呈现，已成长为可行的替换方案；它将多个分立元件集成到单个集成电路中，从而显著削减 PCB 元件封装面积。在我们的下一代电流丈量系列中，之前已切磋过传统电流感应方式存在的诸多坚苦。本文特殊存眷解决 PCB 设计中尺寸限制的挑战，并介绍磁电传播感器在现代电子范畴的优势。电流感应和空间限制在传统的 PCB 设计中，电流感应的治理凡是需要利用分流电阻和辅助组件，例如运算放年夜器、滤波组件和增益设置电阻。这些元件占用年夜量 PCB 面积并增添了结构的复杂性，使得实现电子装备所需的紧凑性面对挑战。利用多个组件需要额外的设计斟酌，如热治理和切确布线，以实现有用的电气隔离和正确的旌旗灯号丈量，例如确保与分流电阻进行开尔文毗连。这类复杂性会增添整体 PCB 尺寸，进而增添材料本钱并需要更年夜的外壳，致使制造费用增添。图1：传统分流电阻的电流丈量系统功能图。磁电传播感器经由过程以下体例为该问题供给了简化的解决方案：将所有需要的功能整合进单个小型封装。图2：紧凑型封装中的磁电传播感器功能图，省去多个分流电阻式电传播感器所需的外部元件。这些集成磁电传播感器无需其他外部元件，而此类外部元件面积凡是年夜在磁传感器的整体封装，是以，它简化了 PCB 结构并显著削减电流感应元件封装所占空间。这类集成使得在设计进步前辈的电子系统时更有用地操纵空间和资本。操纵磁电流感应年夜年夜削减PCB 元件封装磁电传播感器将分流电阻、分放逐年夜器和附加滤波元件的功能集成到单个紧凑集成电路 (IC) 中，这代表电传播感手艺的冲破。这类集成简化了设计进程并年夜年夜削减 PCB 元件封装。对照传统分流电阻 2512 封装（6.3 x 3.2 毫米）中，典型的 1 毫欧分流电阻需占用年夜量 PCB 面积。比拟之下，Allegro 的 ACS71240 采取 3 x 3 毫米 QFN（方形扁平无引脚封装）封装，电阻为 0.6毫欧，体积缩小 56%，仅占用 9 mm²。具有近似功能的完全的分流电阻电流丈量电路（电阻为 0.5 毫欧）占用 120 mm²，几近是 ACS71240 方案的 13.3 倍。图3：Allegro ACS71240 (左) 采取 3 x 3 = 9 mm2 封装 (0.6 毫欧)，而基在分流器的方案 (右) 连同辅助元件总共占用 15 x 8 = 120 mm2 (0.5 毫欧)。图片来历：Allegro MicroSystems 对年夜电流利用，100 微欧分流电阻可能需要更年夜的元件封装（约 10 x 5.2 毫米），而采取 4x4 毫米 QFN 封装的 Allegro ACS37220 经由过程在电路板上集成多达 9 个分歧的元件，将尺寸缩小 69%，从而节流年夜量空间。图4：分流电阻中电阻元件的物理尺寸凡是比全部磁电传播感方案的尺寸还要年夜。这些示例显著注解磁电传播感器若何年夜幅削减电流感应所需的 PCB 面积。磁电传播感器的首要长处磁电传播感器 PCB 集成设计具有多项显著优势，特殊有益在应对尺寸限制，而这是之前会商中凸显的要害问题。与基在分流器的传统方式比拟，在空间受限的环境下，这些优势供给了使人佩服的解决方案。削减 PCB 面积集成效力：经由过程将电流感应、放年夜、滤波等功能整合到单一组件中，磁电传播感器可显著削减 PCB 元件封装。这对空间稀缺的利用（例如汽车系统）很是有效。简化结构：元件数目缩减简化了 PCB 结构，极年夜限度地削减额外接线和布线的需要，从而下降组装进程的复杂度并削减犯错的风险。本钱效益下降材料本钱： PCB 占板缩小意味着所需材料也较少，这直接下降采取本品的终端产物本钱。另外，更小的电路板可装入更小的外壳中，常常可以下降本钱，并可下降产物的整体材料支出。下降装配本钱：因为需要安装和焊接的元件更少，是以组装时候和本钱得以削减。装配进程简化还可以下降制造缺点几率，从而进一步下降与质量节制和返工相干的本钱。设计矫捷性立异的产物设计：磁电传播感器节流的空间使设计人员可以减小现有产物的尺寸，或充实操纵空余面积实现附加功能，从而使其产物在竞争剧烈的市场中有机遇脱颖而出。加强的机能和靠得住性：因为所用组件较少，潜伏故障点也较少，是以 PCB 的整体靠得住性得以提高。另外，集成设计的磁传感器凡是机能加倍强劲，例如加强的抗噪性和更好的热治理。这些优势使磁电传播感器在普遍的利用范畴中成为抱负选择，特殊是立异和本钱效益相当主要的利用范畴。案例阐发：实际利用和优势磁电传播感器所带来的优势，经由过程一家全球工业机械人制造商的经验取得使人佩服的实例验证。因为传统分流电阻尺寸较年夜且集成要求复杂，该公司在其设计中集成份流电阻时面对着庞大的挑战。进步前辈机械人系统尺寸规格较小，使得传统的电传播感方式变得不切现实。面对的挑战该制造商需要一种电传播感解决方案，可以或许顺应其机械人系统的严酷尺寸限制，且不影响机能。传统的分流电阻器和其辅助组件体积过在重大，需要在设计上做出让步，致使机械人的整体功能遭到影响。供给的解决方案该公司选择将 Allegro ACS71240 磁电传播感器集成到其设计中。与之前斟酌的分流电阻比拟，该型传感器元件封装显著缩小。ACS71240 传感器采取紧凑型 3x3 毫米 QFN 封装，在供给所需电流感应功能的同时，还知足紧凑型机械人设计的尺寸要求。获得的功效采取磁电传播感器使制造商实现了几项要害的改良：空间效力：更小的传感器使得整体设计加倍紧凑，这对机械人复杂的内部结构相当主要。晋升机能：经由过程集成旌旗灯号调理和比传统方式更高的精度，传感器供给更靠得住、更切确的电流丈量。下降本钱：经由过程减小 PCB 尺寸并简化组装进程，制造商下降了机械人系统的出产本钱并缩短上市时候。本案例研究已证实磁电传播感器对产物设计和制造的重年夜影响。应对PCB 设计中的尺寸挑战电传播感手艺的立异对提高有限空间内 PCB 设计的效力和功能相当主要。Allegro MicroSystems 供给一系列集成解决方案，知足从高电流利用到紧凑型高压情况的分歧需求。 AllegroACS37041：该传感器采取紧凑型 SOT23-W 封装，撑持高达 30 安的双向电流丈量，工作电压高达 100 伏（均方根）。其导通电阻为 1.6 毫欧，在全部温度规模内的误差低在 ±5%，这使其成为电路板空间有限但严重依靠切确电流丈量的各类利用的抱负选择。图5：Allegro ACS37041和其架构框图。 Allegro ACS37220：该传感器专为年夜电流利用而设计，采取 4 x 4 毫米 QFN 封装，可处置高达 ±200 A 的电流，并在 100 伏（均方根）下运行。产物具有超低 100 毫欧的电阻导体，并经由过程了 AEC-Q100 认证，合适在严苛前提下要求高靠得住性和高机能的汽车和数据中间利用。图6：Allegro ACS37220和其架构框图。 Allegro ACS71240: 该传感器采取 3mm x 3mm QFN 和 SOIC8 封装，可丈量高达 60 安（QFN）和 55 安（SOIC8）的电流，并可承受高达 420 伏（峰值）和 297 伏（均方根）的电压。首要特征包罗：抗杂散磁场、快速过流故障输出和 AEC-Q100 认证，这使其成为在高压情况下运行而需要紧凑设计的利用的抱负选择。图7：Allegro ACS71240和其架构框图。总之，这些传感器表现了 Allegro 的许诺：为空间受限但要求高机能的 PCB 设计供给可扩大解决方案。每型传感器都按照特定的利用需求进行定制，确保设计工程师具有适合的东西来有用地应对现代电子范畴挑战。跟着电子装备不竭缩小，对紧凑、高效的设计方案的需求变得愈来愈孔殷。磁电传播感器经由过程将多种功能集成到单个小组件中来解决这一挑战，该组件显著削减 PCB 元件封装并提高设计矫捷性。这些传感器极年夜限度地下降了材料和出产本钱并简化了装配进程，从而出产出更靠得住、更高效的产物。正如工业机械人制造商的案例研究所证实，磁电传播感器的采取凸显了它们可以或许在提高机能的同时知足严酷设计要求。跟着小型化趋向的延续，磁电传播感器将成为进步前辈电子设计的要害元素，并为工程师供给在紧凑电子系统中进行立异和优化的主要东西。