如何使用LDC跑道电感设计器

在我之前的文章中,我介绍了LDC计算器工具,您可以点击此处下载。该工具可用于计算电感传感应用的一系列有用参数。

LDC设备通过电感器感应导电对象的运动。在TI,我们常通过在印刷电路板(PCB)上布置螺旋迹线形成感应电感器。WEBENCH® Coil Designer是款非常有用的在线工具,能够帮助您设计传感器电感器,并生成布局。

跑道电感器设计工具是LDC工具电子表格中的又一有用设计器。虽然跑道电感器只能计算传感器参数,而无法生成布局,但其操作很快。只需在LDC计算器工具的“内容”选项卡上单击“跑道电感设计器”,或单击“跑道_电感_设计器”选项卡,如图1所示。您就会看到如图2所示的选项卡界面。

 

 

1:访问跑道电感设计器

 

 

2:跑道线圈设计器工具

 

LDC计算器工具的精确度非常高,一般物理传感器的精度在计算结果上下浮动10%范围内。然而,对于跑道形传感器,由于长短侧比值大于4,所以这一精度可能会下降。

设计传感器的第一步是确定PCB制造限值,表1所示即为来自某一PCB制造商的限值范例。

 

传感器参数

数值

注释

PCB最小迹线宽度/空间

0.125 mm(5密尔)

构建限值

通孔最小垫尺寸

0.6 mm(24密尔)

构建限值

通孔最小孔尺寸

0.25 mm(10密尔)

构建限值

传感器最小内径

0.825 mm(21密尔)

0.6 mm + 2 × 0.125 mm

一个通孔垫 + 两个迹线空间

层间叠层厚度

0.80 mm(32密尔)

所需PCB厚度

铜厚度

0.5-1.0 oz-Cu

1:传感器构建参数

 

你需要了解一些系统限值——传感器最大尺寸可以是多少、对象离传感器距离可以有多近。在表2中,我汇总了某一例的数值。

 

传感器参数

数值

注释

最大传感器直径

9mm(315密尔)

机械限制

对象最近距离

1.8mm

基于系统机械因素

2:传感器参数

 

本例中,我将使用LDC1612,并遵照表1和表2所列限值。图3所示为跑道线圈设计器的计算区域。我在每个参数的左侧都标上了序号,这样,在我进行下面的设置时,您可以知道所对应的参数。

 

 

3:参数输入顺序

 

接下来,根据以下步骤计算基本传感器设计:

  1. 选择合适的LDC设备——LDC1612/4(LDC1612LDC1614有着相同的传感器驱动限值。
  2. 将迹线间隔和迹线宽度设置为制造商所规定的最小值——0.125 mm(5密尔)。
  3. 将层间间隔设置为32密尔。
  4. 使用可用的最厚铜——1oz-CU,以实现更好的性能。
  5. 设置层数——通常为两层或四层。由于PCB为两层,所以将层数设置为“2”。
  6. 输入电感器外径——9mm为本例的最大值。
  7. 对于圆形传感器,将比率设置为1.0。若数值大于1,则是跑道形状。相比圆形传感器,跑道形状的电感值更高,而Q系数更低。对于例如金属触摸式按钮等诸多应用而言,相比圆形传感器,跑道形状能够更好地适配可用区域,且能够实现更小的按钮尺寸。
  8. 设置圈数。如果您设置的圈数超过16圈,将低于表1所规定的0.825mm最小内径。如果你将圈数设置为13,线圈填充率则接近最佳值~0.3(虽然金属触摸式应用在更低数值下表现更好,但0.3线圈填充率是大多数应用的最佳值)。
  9. 通过设置对象距离,计算对象对传感器的影响。将对象距离设置为1.80mm,该距离为传感器和金属表面间的距离。
  10. 调整传感器电容,以使fRES’、RP’及Q’位于LDC1614的设计空间内。如果有参数超过设计空间,计算器工具将在相应参数区域显示红色标签提示,如图4所示。

 

 

4:计算器工具所生成的错误提示范例

 

输入数字后,您可能需要调整圈数或传感器电容。尝试多种设置后,我最后得到了表3所列数值。我选择130 pF作为传感器电容值,以便可以安全地使用10%容差。

 

传感器参数

数值

传感器电容

130 pF

2

14

外径

9.0 mm

长短边之比

1

迹线间隔

5密尔

迹线宽度

5密尔

PCB厚度

32密尔

铜厚度

1.0 oz-Cu

3:得到的参数

 

当对象关闭时,传感器的电参数会发生变化。所以,您需要确认出现这一情况时,传感器是否仍处于有效工作范围内。在最近目标距离为1.8 mm的条件下,我的传感器的电性规格如表4所示,处于LDC1614的工作范围内。

 

对象作用下的传感器电感值

L'

2.380

µH

对象作用下的传感器频率

fRES'

9.049

MHz

对象作用下的Rp

RP'

4.90

kΩ

有对象时的Q系数

Q'

36.3

4:对象作用下的传感器参数

 

LDC工具电子表格还有很多用途。在我的下一篇文章中,我将介绍LDC0851计算器选项。

您对跑道电感设计器工具有任何问题或反馈吗?登录并在下方评论。

其他信息

原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/11/29/how-you-can-use-the-ldc-racetrack-inductor-designer-tool