PCBブログ - PCBボードレイアウトのDC抵抗、寄生容量および寄生インダクタンスについて

多くのデザイナーは、システム行動について考えることに慣れています PCBボード モデル. これらのモデルと回路図はある程度正しい, しかし、彼らはシステムの振舞いを決定する重要な情報を逃しています. 回路図における欠落した情報は、実際の形状である PCBボード レイアウト, は、システム内の要素が電気的に、磁気的に結合される方法を決定する. So, 回路素子間の電磁界結合の原因, 導体, フェライト, と他の複雑な構造 PCBボード またはIC? これは電磁場と物質の相互作用によって決まる, しかし、複雑系における信号挙動を要約する概念的な方法は、寄生回路素子, または短いための寄生虫. 回路モデルへの寄生を導入することにより，実システムにおける予期しないまたは望ましくない信号と電力供給挙動を説明できる, 回路と製品挙動を理解するための寄生モデリングツールの作成.

回路図は、実際のPCBボード、IC、または他のどの電気システムのいくつかの重要な機能を単に説明することができないからである。寄生体は、それらが周波数領域でどのように振る舞うかに応じて、抵抗器、コンデンサおよびインダクタとして回路図で表される。寄生虫はLTI回路に関してほぼ完全に議論されます。そして、それは寄生虫もまた線形で時変に扱われることを意味します。時変および非線形寄生体は、時間領域での手動反復を伴う、より洗練されたモデリング技術を採用する。また、フィードバックの存在下では、システムの初期条件に非常に敏感である。実際のPCBボードは複雑であるが、LTIシステムは実用的な電気システムの大多数をカバーする。寄生効果を決定することは、寄生素子の信号への影響が周波数の関数であるので、システムの周波数挙動を本質的に決定することである。［理想的なシステム＋可能な寄生虫］の周波数挙動を［実際のシステム測定］と比較することによって，システムにおける周波数依存挙動を生じる可能性のある寄生生物を同定することが可能である。

回路図に寄生するものと何が考えられないか

実際のシステムの多くの側面は、PCBボードのレイアウト、IC、またはその他の電気システムで予期しない寄生を作成することができます。SPICEシミュレーションを使用して寄生虫を抽出しようとする前に、回路図では考えられないことに注意することは重要です。様々な導体間の距離、基板上のそれらの配置、およびそれらの断面積は、DC抵抗、寄生容量、および寄生を決定する

インダクタンス.誘電率：PCBボード誘電体の誘電率は高い。そして、それは回路素子間の寄生容量を決定する。透磁率：磁性成分についても、透過性は、これらの成分が寄生インダクタンスを作り出すので、信号及びパワー挙動を決定する役割を果たす。高周波数で動作する場合、フェライト変圧器および他の磁気コンポーネントは、インダクタまたは放射器のように動作することができる。

進行波の挙動実際のPCBボードおよび相互接続において、伝播するいかなるシグナルも、伝播する波形である。電磁波の伝搬は、簡単な回路図でモデル化できない相互接続部に伝送線効果をもたらす。あなたのスパイスシミュレーションは、波形の有限速度を説明するように変更する必要があります。回路基板モデルの中での繊維の織り効果、特に現象は、回路モデルやポストレイアウトシミュレーションで簡単にシミュレートすることが困難である。しかし、回路シミュレーションは、PCBボードの周波数に依存する動作を広範囲に調べるのを助けることができます。集積回路上の入出力容量やボンディングワイヤのインダクタンスなどの他の寄生体は、寄生体の種類およびその位置が確実に既知であるので、容易に決定することができる。

以下の例の回路図は、集積回路において接地バウンスを検査し説明するための典型的な回路モデルを示す。この効果は、接地線（図ではLで示される）の寄生インダクタンスに起因する。しかし、接地バウンスの存在下で回路の挙動に影響を及ぼす回路には他の要因がある。ドライバ出力および負荷入力の2つのコンデンサは、IC上のピンに起因する寄生容量をシミュレートする。I／O線の抵抗は、それらの寄生DC抵抗をシミュレートする。寄生抽出の目標は、システムを特定の周波数範囲にわたって容量性または誘導性として広く記述するために、通常、システムの周波数依存挙動を推定することである。上記の模式図を使用すると、シミュレーション結果と実験結果を比較することにより、寄生効果を抽出することができます。単に回路の過渡的な分析を提供するために回路、またはパルスをシミュレートする周波数掃引を使用してください。次に、システム内の寄生虫を識別するために測定データと結果を比較する必要があります。

スパイスに寄生虫を抽出する2つの方法がある。これらの両者は、システム内に存在する可能性がある寄生体の理解を必要とするか、または完成したPCBボードレイアウトの測定値と比較する必要がある。

1）解析的方法，解析方程式の使用を含む。コンポーネント値は、通常、データシートまたは事前の経験から派生します。

2）寄生回路と等価回路の関係を記述する一般的なモデルが知られているが，寄生回路素子の等価値が既知でない場合の回帰法が知られている。標準回帰式を使用してモデルとデータの一致を判断できます。

次の例では、両方のメソッドに必要なpspiceシミュレーションを実行する方法を検討します。様々な寄生虫に対して単一の値を仮定する代わりに，様々な可能な値を仮定し，spiceシミュレーションを用いて周波数応答を調べた。結果は、回路の周波数応答がどのように特定の偽の値に依存するかについて説明するモデルを構築するために用いることができます。

一例として、自己共振周波数を識別してコンデンサの寄生容量を抽出する方法を見てみましょう。自己共振は寄生直列抵抗とインダクタンスによる高周波コンデンサでよく知られている現象である。以下の概略では、4.7 pFの定格のコンデンサを持ち、寄生インダクタンスと抵抗を抽出したい。ここでは、ソースの周波数を掃引し、また、偽の値を掃引しています。これは、周波数領域でパラメータを掃引することによって行われます。次いで、それらは自己共振周波数及びESL値を抽出するために使用することができる。これを行うには、スキャンする各コンポーネント値のグローバルパラメーターを設定する必要があります。これは、回路図にParam部を追加し、コンポーネント名にパラメーター名を入力することによって行われます。SPICEシミュレーションから抽出されたデータは、分析方法や回帰法で使用することができます。解析的アプローチでは、寄生値（この場合、コンデンサ自己共振周波数）の関数として周波数応答のモデルがある限り、寄生的な値をシミュレートした応答から直接計算することができる。上記の例では、測定されたインピーダンスまたは自己共鳴をシミュレートした値と比較し、寄生体の正確な値を決定する。シミュレーションおよび測定された曲線が非常に類似している場合，モデルは高精度の回路の挙動を記述できる。実際には、このような完璧なマッチを持っていないので、モデル（通常線形または電源法）にシミュレートされたデータ（この場合、自己共振周波数）に合わせてください。それから、あなたはそれから関連した寄生虫のために値を計算するためにモデルに測定データから観察を差し込むことができます。他のテストおよび環境に対しても同様の技術を使用することができる。

レイアウトに戻るとき

いくつかの点で, 実際 PCBボード レイアウト等価回路モデルを適合させることにより寄生生物を抽出しようとすると複雑になる。技術的に, あなたは繰り返しデータといくつかの定義済みの実験モデルに合うようにプログラムを書くことができます,しかし、あなたのプログラムは、寄生体が何であるかを正確に推測しなければなりません、そして、その等価回路配置（平行）。シリーズ, または非自明)シグナルの動作を生成します。この時点で, 代替案は、フィールドソルバーに戻ってからの寄生虫を抽出することです PCBボード レイアウト. レイアウトバックビューで寄生虫を抽出することは非常に簡単です. 単に自動抽出ツールを分析して実行するために相互接続を選択します. 統合フィールドソルバーは、 PCBボード Maxwell方程式からの直接レイアウト.