Progettazione del layout per l'uso in parallelo di resistori con struttura Kelvin

Figura 1: Tre resistori a 4 pin con struttura Kelvin in parallelo. (Immagine per gentile concessione di Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd)

Quando si utilizzano tre resistori a 4 pin con struttura Kelvin in parallelo, le considerazioni sull'instradamento devono dare la priorità "alla distribuzione uniforme della corrente", "all'assenza di interferenze con il rilevamento della tensione" e "al mantenimento delle caratteristiche della struttura Kelvin". I principi e le fasi fondamentali per l'instradamento sono:

1. Principio fondamentale: separare i percorsi di corrente e tensione e mantenere la simmetria

1. Percorso della corrente (I+, I-): i percorsi della corrente spessi, simmetrici e uniformi trasportano la corrente principale. Questi devono essere collegati tramite un filo spesso o in rame. La lunghezza e l'impedenza dei percorsi di corrente dei tre resistori devono essere il più possibile uguali per evitare una distribuzione difforme della corrente (sovraccarico di un resistore) dovuta a differenze parassite nei parametri.
2. Percorso di rilevamento della tensione (V+, V-): i percorsi di tensione sottili, indipendenti e privi di interferenze trasportano solo i segnali di rilevamento deboli e devono essere collegati mediante fili sottili e separati. Questi devono essere strettamente collegati dai terminali di tensione del resistore (V+, V-). È vietato condividere i cavi con i percorsi di corrente (altrimenti si introdurrebbe una resistenza aggiuntiva, compromettendo il vantaggio di precisione della struttura Kelvin).

Come mostra la Figura 2, quando si utilizzano tre resistori in parallelo, è possibile utilizzare il pin di rilevamento della tensione di uno dei resistori, poiché i pin di tensione degli altri due resistori non sono impostati sui segnali della rete elettrica, ma sono lasciati flottanti e collegati solo alle piazzole per il fissaggio. Poiché la caduta di tensione di tutti i resistori nella rete di resistori in parallelo è la stessa, esiste una tensione comune tra i resistori collegati in parallelo, che è la stessa per tutti i componenti collegati in parallelo.

Figura 2: Serie di resistori in lega nuda – disposizione parallela Kelvin. (Immagine per gentile concessione di Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd)

2. Passaggi e dettagli specifici dell'instradamento

1. Disposizione dei resistori: simmetrica e compatta per ridurre i parametri parassiti

   Disporre i tre resistori Kelvin in configurazione affiancata o a triangolo compatto con distanza uniforme. Assicurarsi che ogni resistore sia fisicamente alla stessa distanza dal punto di rilevamento della corrente e della tensione per ridurre al minimo l'induttanza parassita o la variazione di resistenza causata da cavi di lunghezza diversa. I pin dei resistori devono essere orientati nella stessa direzione (ad esempio, i terminali di corrente rivolti verso l'esterno, i terminali di tensione rivolti verso l'interno) per facilitare l'instradamento centralizzato.

2. Instradamento del percorso di corrente (I+, I-): utilizzare un condotto sbarra o un patch in rame, con diramazioni il più possibile simmetriche.

   Progettazione dell'area dei condotti sbarra/del patch in rame:

   Ingresso (I+): creare un condotto sbarra I+ comune (spessore del rame consigliato ≥35 μm, larghezza calcolata in base alla corrente totale, es. ≥5 mm per una corrente totale di 100 A). Collegare i terminali I+ dei tre resistori a questo condotto sbarra tramite fili di diramazione di uguale lunghezza e larghezza (differenza di lunghezza dei rami ≤1 mm, larghezza uniforme).

   Uscita (I-): impostare un bus I- comune allo stesso modo. Collegare i terminali I- dei tre resistori a questo bus tramite fili di diramazione di uguale lunghezza e larghezza.

   Evitare l'incrocio di corrente: il percorso della corrente deve essere tenuto lontano dal percorso di rilevamento della tensione per ridurre le interferenze elettromagnetiche (le correnti elevate possono generare campi magnetici che interferiscono con i segnali di tensione).

3. Cablaggio del percorso di rilevamento della tensione (V+, V-): conduttori indipendenti, collegati direttamente al chip di rilevamento.

Conduttori indipendenti: far passare il terminale V+ di uno dei tre resistori attraverso un filo sottile separato (es., largo 0,2 mm e di spessore del rame di 18 μm, poiché la corrente è estremamente bassa). Lo stesso vale per il terminale V- di ciascun resistore.

Linea corta e rettilinea: la linea di rilevamento della tensione deve essere il più corta possibile per evitare avvolgimenti e ridurre la resistenza parassita e il rumore.

Non collegare il conduttore V+ di un resistore al bus I+ (o al terminale I+ di un altro resistore), ma collegarlo solo al terminale V+ di quel resistore. Allo stesso modo, collegare il conduttore V- solo al proprio terminale V-.

Conclusione

Quando si utilizzano tre resistori a 4 pin con struttura Kelvin nelle misurazioni elettroniche, è necessario prestare particolare attenzione al loro instradamento. Attenendosi alle indicazioni fornite in questo blog, eviterete alcuni errori comuni e grattacapi dovuti a errori di misurazioni.