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  • 發布時間:2020-10-19 16:59 原文鏈接: 如何利用CMR機制優化電路板設計及布局(二)

    接近角度

    使用Allegro電流傳感器IC的一個常見錯誤是使用不適當的電流引入角度。圖6是電流軌跡接近IC的示例(此處是ACS724)。此圖顯示IP+和IP–的軌跡。淺綠色區是進入IP+的理想接近區。該區域范圍是0°至85°。該規則同樣適用于IP–軌跡。

    該區域的限制是為了防止載流軌跡影響到可能導致IC輸出誤差的任何雜散場。如果與IP相連的電流軌跡在該區域外部,則必須按上述方式處理(臨近電流路徑導致的磁場)。

    如何利用CMR機制優化電路板設計及布局

    圖6:ACS724電流軌跡接近角度θ的理想范圍是0°至85°,此范圍很可能與其他Allegro電流傳感器IC不同。

    IC下的擴展

    另一個常見錯誤是電流軌跡與IP管腳距離過遠。根據器件的不同,這可能導致兩種不同的問題。如果是采用SOIC和類似封裝的器件,這可能導致IC上產生雜散場,使性能降低。如果采用LR封裝,由于IP總線較大并且暴露在外,在封裝下面過遠布線可能改變通過IP總線的電流路徑,從而改變器件的性能。下面內容將更詳細地介紹對LR封裝的影響。

    對于雜散場而言,如果電流軌跡以一定的角度進入IP總線,問題會更加嚴重。如果發生這種情況,電流實際在部件下面流過,背向IP管腳,然后向上通過IP管腳。改變的電流路徑可能會導致雜散場產生,降低IC精度。禁止在器件下面擴展至IP管腳的電流軌跡就可以防止這種情況。

    如何利用CMR機制優化電路板設計及布局

    圖7:ACS724在IC下擴展,電流軌跡在IC下面過遠,改變了電流路徑,降低了精度。

    永磁體影響

    如果永久磁鐵靠近電流傳感器IC,磁鐵導致的雜散場也會影響IC性能。一般情況下,來自磁鐵的雜散場可能隨磁體的不同而變化極大。它取決于磁鐵尺寸、材料、磁化方向以及其他很多因素。如果可以調整電流傳感器,使霍爾板垂直于磁體(如圖8所示),則可以將這些雜散場的影響降至最小。

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    圖8:具有臨近永磁體最優方向的ACS780。

    LR封裝特定布局規則

    IC下的擴展

    在LR封裝中,載流軌跡在器件下面擴展實際改變了電流通過IP總線的路徑。這可能導致IP總線與IC的耦合因數發生變化,并顯著降低器件性能。

    使用ANSYS Maxwell電磁套件可以模擬電流密度和電流產生的磁場。圖9提供兩種不同模擬的結果。第一種情況是向上引至IP總線的電流軌跡在所需點終止。第二情況是電流軌跡向IP總線上方擴展過遠。兩個模擬中的紅色箭頭表示高電流密度的區域。在沒有過量重疊的模擬中(紅色區域),電流密度與具有過量重疊的模擬差距巨大。還可以看出,H1場比沒有過多重疊時更大。這一點用藍色暗影表示。

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    圖9:具有不同電流軌跡和IP總線重疊的ACS780引線框模擬。

    如果重疊超過推薦量,也會導致其他問題,例如電流接近角范圍顯著縮小。如果電流軌跡在IP總線上擴展的過大,則會形成對接近角的依賴,即接近角直接影響器件的耦合因數。避免這種情況的最佳方式是限制電流軌跡的重疊。

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    圖10:ACS780 PCB布局參考圖。進行必要的調整,滿足應用工藝要求和PCB布局公差和紅色的圈選關鍵尺寸。

    結論

    Allegro MicroSystems電流傳感器IC有很多優勢。這些傳感器IC的磁滯幾乎為零,而且功耗非常低。與無磁芯相伴的一個缺點是容易受到雜散磁場的影響。但是,很多IC都能夠抑制共模磁場。

    兩個霍爾板的共模場相等時,CMR技術效果最好。我們探討了若干顯著降低兩個霍爾板共模場差值的技術,即如何進行外部電流路徑布線與其他優化布局技術。針對電流路徑不能以最有利的方向布線的情況,我們還介紹了誤差估算。此外,還探討了一些針對LR封裝的布局技術,這是因為必須考慮LR的一些特性才能獲得最優性能。


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