Leiterplattentechnisch - Einführung in die parasitäre Kapazität im Leiterplatte Layout

A Leiterplatte besteht aus mehreren parallel geschalteten Leitern, wie Spuren, durch Isolatoren getrennt. Diese Spuren bilden zusammen mit dem dielektrischen Material einen Kondensator, was zu unerwünschten parasitären Kapazitätseffekten oder streunenden Kapazitätseffekten führt.

Die parasitären Elemente in der Leiterplatten können parasitäre Kapazität, parasitärer Widerstand und parasitäre Induktivität sein. Wenn die Leiterbahnen nahe sind, ist der parasitäre Kapazitätseffekt in der Hochfrequenzplatte besonders hervorzuheben. Dieser Effekt ist völlig unnötig und beeinträchtigt die Funktion des Geräts. Es kann Probleme wie Übersprechen, EMI und Signalintegrität verursachen.PCB Designer, die sich mit Hochfrequenz-, High-Data-Rate- und Mixed-Signal-Boards beschäftigen, müssen parasitäre Kapazitäts- und Induktivitätseffekte bei der Gestaltung des PCB Layouts berücksichtigen.

Im folgenden Abschnitt werden wir die Definition der parasitären Kapazität und ihre Auswirkungen auf unsere Leiterplatten verstehen.

Was ist die parasitäre Kapazität in der Leiterplatte?

Die eng platzierten Leiterplatten einen virtuellen Kondensator bilden, die einen parasitären Kapazitätseffekt erzeugt.

Parasitische Kapazität oder Streumkapazität ist das Ergebnis eines virtuellen Kondensators, der zwischen zwei Leitern gebildet wird, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Sie tritt aufgrund der Potenzialdifferenz auf, die entsteht, wenn die stromführenden Leiterbahnen nahe sind. Um mehr zu erfahren, lesen Sie die Rolle der Leitungsstromkapazität beim PCB Design.

Dieser Effekt ist sogar möglich, wenn die Leiter richtig isoliert sind. Da es keine ideale Schaltung gibt, können parasitäre Kapazitäten nicht vermieden werden.

Der Lade- und Entladezyklus im Kondensator.

Parasitische Kapazität ist eine inhärente Eigenschaft von Leitern. Es ist die Menge des Speichers pro Einheit potenzieller Änderung. Die Berechnungsformel der parasitären Kapazität lautet C= q/v. Wo C die Kapazität in Faraden ist, v die Spannung in Volt und q die Ladung in Coulombs.

Für ein konstantes elektrisches Signal, das sich mit der Zeit nicht ändert, dv/dt.0, was bedeutet, dass es keine Änderung des Potenzials gibt; Daher i.0.

Wenn sich ein Kondensator in der Schaltungsschleife befindet, konvergiert dv/dt zu einem festen Wert, d.h. die Potenzialänderungen und der Strom wird erzeugt; Daher iâ­0.

Berechnung der Trace-Kapazität

Die Kapazität des Parallelplattenkondensators wird durch C= (kA/11.3d)pF angegeben. Wo C die Kapazität ist, ist A die Fläche der Platte in cm 2, k ist die relative Permittivität des Plattenmaterials und d ist der Abstand zwischen den Platten in cm.

Modellierung von PCB parasitären Komponenten bei hohen Frequenzen.

Der parasitäre Kapazitätseffekt ist ein Problem bei Hochfrequenz-Leiterplatten. Im Niederfrequenzbetrieb können parasitäre Komponenten ignoriert werden, da sie die Systemfunktion nicht wirklich beeinträchtigen. Jedes Pad auf der Leiterplatte hat seine parasitäre Kapazität, und jede Spur hat parasitäre Induktivität. Das Pad erhöht auch die parasitäre Resistenz, was den IR-Verlust stimuliert. Parasitische Kapazität kann zwischen der Leiterplatte, der blanken Platine, der Leiterplatte, der Baugruppe und den Leitern im Komponentenpaket, insbesondere SMD, bestehen.

Da die intrinsischen Kondensatorplatten einen Potentialunterschied aufweisen, besteht die Möglichkeit, Strom zu fließen. Es spielt keine Rolle, ob Ladung zwischen den Kondensatorplatten gespeichert wird; Strom wird nicht fließen, bis es einen Potenzialunterschied gibt. Sobald diese Potenzialdifferenz zunimmt, kann eine entsprechende Abnahme des Elektronenflusses zur Last für den gewünschten Signalweg beobachtet werden, der sich negativ auf die Signalintegrität auswirkt.

Was ist der Unterschied zwischen Streumkapazität und parasitärer Kapazität?

Der Begriff Streumkapazität wird oft austauschbar mit parasitärer Kapazität verwendet. Parasitische Kapazität zeigt jedoch, dass sie den Schaltungsbetrieb behindert, und Streukapazität zeigt, wie unerwünschte Kapazität eingeführt werden kann.

Was ist Streumkapazität?

Aufgrund der virtuellen Kapazität, die zwischen den beiden Leiterplatten-Leitern gebildet wird, und aufgrund des Einflusses der umgebenden Umgebung, wird nicht immer Streumkapazität erfasst. Daher wird es Streumkapazität genannt.

Was ist der parasitäre Widerstand in PCB?

Parasitische Widerstände werden entlang der Leiterbahnen in Reihe geschaltet oder existieren als Shunts zwischen leitenden Elementen.

Was ist die parasitäre Induktivität in der Leiterplatte?

Parasitische Induktivitäten existieren entlang der Spuren und zeigen das Verhalten der Speicherung und Ableitung elektrischer Energie, genau wie tatsächliche Induktivitäten. Alle Leiter sind induktiv, und bei hohen Frequenzen kann die Induktivität selbst relativ kurzer Drähte oder Leiterplatten-Leiterbahnen wichtig sein.

Parasitische Kapazitätseffekte können Übersprechen und Rauschen, schlechtes Feedback vom Ausgang und die Bildung von Resonanzschaltungen sein. Daher muss auf das gesamte PCB Design, insbesondere das Layout, geachtet werden. Wenn ein Leiter neben einen anderen Leiter gestellt wird, sollte ein gutes Layout mit äußerster Sorgfalt durchgeführt werden.

Parasitische Elemente umfassen Induktivitäten, die durch Gehäuseleitungen, lange Leiterbahnen, Pad-to-Ground, Pad-to-Power-Ebene und Pad-to-Line-Kondensatoren gebildet werden, einschließlich Wechselwirkungen mit Vias. Verstehen Sie parasitäre Elemente als parasitäre Elemente, die eine Bedrohung für Ihre Schaltungsleistung darstellen. Unerwünscht und unvermeidlich, aber gleichzeitig kontrollierbar.

In Hochgeschwindigkeitsstrecken reichen einige Zehntel eines Picofarads aus, um die Schaltungsleistung zu beeinflussen. Beispielsweise verursacht eine 1pF parasitäre Kapazität am invertierenden Eingang einen 2dB Peak im Frequenzbereich. Wenn es 1pF überschreitet, verursacht es Instabilität und Oszillation.

Kondensatoren blockieren Niederfrequenz- und Gleichstromsignale und leiten Hochfrequenzsignale in elektronischen Schaltungen weiter. Diese Eigenschaft von Kondensatoren, die Hochfrequenzsignale weiterleiten (die Geschwindigkeit, mit der Kondensatoren entladen werden, ist ein weiterer Grund, warum sie verwendet werden, um viel langsamere Batterien zu ersetzen) ist die Ursache von Kapazitätsproblemen in Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen. Für Leiter, Streumkapazität kann EMI oder Rauschen einführen, die sich entlang von Drähten und Kabeln ausbreiten oder auf benachbarte Leiterbahnen übertragen können. Normalerweise, Es ist unmöglich, Streumkapazitäten zu beseitigen. Trotzdem, Es gibt einige wirksame Methoden, um diese Situation am Leiterplattenlayout Ebene.

Vermeiden Sie paralleles Routing: Beim parallelen Routing befindet sich die größte Fläche zwischen den beiden Metallen, also die größte Kapazität zwischen ihnen.