Data PCB - Keperlawanan DC, kapasitas parasit dan induktan parasit bagi bentangan papan PCB

Banyak desainer biasa berfikir tentang perilaku sistem dalam terma Papan PCB Model. Model dan diagram sirkuit ini adalah betul, tetapi mereka kehilangan beberapa maklumat penting yang menentukan perilaku sistem. Maklumat yang hilang dalam diagram sirkuit adalah geometri sebenar Papan PCB bentangan, yang menentukan bagaimana unsur dalam sistem dipasang secara elektrik dan magnetik satu sama lain. Jadi, apa yang menyebabkan medan elektromagnetik menyambung antara unsur sirkuit, konduktor, ferrit, dan struktur kompleks lain dalam Papan PCB atau IC? Ini ditentukan oleh interaksi antara medan elektromagnetik dan materi, tetapi cara konseptual untuk ringkasan perilaku isyarat dalam sistem kompleks ialah mempertimbangkan pasangan dalam terma unsur sirkuit parasit, atau parasit untuk pendek. Memperkenalkan parasitik ke dalam model sirkuit boleh membantu anda menjelaskan perilaku isyarat dan bekalan kuasa yang tidak dijangka atau tidak diinginkan dalam sistem nyata, membuat alat pemodelan parasit sangat berguna untuk memahami perilaku sirkuit dan produk.

Ini kerana diagram sirkuit tidak dapat menggambarkan beberapa fungsi penting papan PCB sebenar, IC, atau sebarang sistem elektrik lain. Parasitik diwakili dalam diagram sirkuit sebagai resistor, kondensator, dan induktor, bergantung pada bagaimana mereka bertindak dalam domain frekuensi. Perhatikan bahawa parasit dibincangkan hampir sepenuhnya dalam terma litar LTI, yang bermakna bahawa parasit juga dilayan sebagai linear dan berbeza masa. Parasit berbeza masa dan tidak linear menggunakan teknik pemodelan yang lebih canggih yang melibatkan iterasi manual dalam domain masa. Mereka juga boleh sangat sensitif kepada keadaan awal sistem, terutama dalam kehadiran balas balik. Walaupun papan PCB sebenar adalah kompleks, sistem LTI menutupi kebanyakan sistem elektrik praktik. Menentukan kesan parasit pada dasarnya menentukan perilaku frekuensi sistem kerana kesan unsur parasit pada isyarat adalah fungsi frekuensi. Dengan membandingkan perilaku frekuensi [sistem ideal + parasit yang mungkin] dengan [pengukuran sistem sebenar], ia mungkin untuk mengenalpasti parasit yang mungkin menghasilkan perilaku bergantung frekuensi dalam sistem.

Apa yang menentukan parasit dan apa yang tidak dianggap dalam diagram sirkuit?

Banyak aspek sistem sebenar boleh mencipta parasitik yang tidak dijangka dalam bentangan papan PCB, IC, atau sebarang sistem elektrik lain. Penting untuk memperhatikan apa yang tidak boleh dianggap dalam diagram litar sebelum cuba untuk mengekstrak parasit menggunakan simulasi SPICE. Jarak antara pelbagai konduktor, pengaturan mereka di papan, dan kawasan salib-segi mereka akan menentukan resistensi DC, kapasitas parasit, dan parasit

Induktan. Konstant Dielektrik: Konstant dielektrik bagi dielektrik papan PCB adalah tinggi, yang menentukan kapasitas parasit diantara unsur sirkuit. Kemudahan: Untuk komponen magnetik, kemudahan juga bermain peran dalam menentukan perilaku isyarat dan kuasa, kerana komponen ini mencipta induksi parasit. Apabila beroperasi pada frekuensi tinggi, pengubah ferrit dan komponen magnetik lain boleh bertindak seperti induktor atau radiator.

perilaku gelombang. Setiap isyarat penyebaran dalam papan PCB sebenar dan sambungan antara satu sama lain adalah bentuk gelombang penyebaran. Penampuran gelombang elektromagnetik mencipta kesan garis trasmis dalam sambungan yang tidak dapat disemudikan dengan diagram sirkuit sederhana. Simulasi SPICE anda perlu diubahsuai untuk akaun kelajuan terbatas bentuk gelombang. Hal-hal seperti kesan pengaman serat, terutama fenomena dalam substrat papan PCB, sukar untuk dipilih dengan mudah dengan pemodelan sirkuit atau simulasi selepas bentangan, kerana model sirkuit yang terlibat boleh menjadi rumit. Namun, simulasi sirkuit boleh membantu anda memeriksa perilaku bergantung pada frekuensi dalam papan PCB. Parasit lain, seperti input/kondensansi output atau induktansi wayar ikatan pada sirkuit terintegrasi, boleh ditentukan dengan mudah kerana jenis parasit dan lokasinya boleh diketahui dengan pasti.

Skema contoh di bawah menunjukkan model sirkuit biasa untuk memeriksa dan menjelaskan lompatan tanah dalam sirkuit terintegrasi. Kesan ini berlaku kerana induksi parasit dalam wayar tanah (ditabel L dalam skema). Namun, there are other factors in the circuit that affect the behavior of the circuit in the presence of ground bounce. Dua kondensator pada output pemacu dan input muatan simulasi kondensasi parasitik disebabkan pins pada IC. Resistor pada garis I/O simulasikan resistensi DC parasitik mereka. Tujuan ekstraksi parasit biasanya adalah untuk menghargai perilaku bergantung pada frekuensi sistem untuk menggambarkan sistem secara luas sebagai kapasitif atau induktif atas julat frekuensi tertentu. Dengan menggunakan jenis skema yang dipaparkan di atas, anda boleh mengekstrak kesan parasit dengan membandingkan hasil simulasi dengan pengukuran percubaan. Hanya guna penyelamat frekuensi untuk simulasi sirkuit, atau denyutan untuk menyediakan analisis sementara sirkuit. Kemudian, anda perlu membandingkan keputusan dengan data pengukuran untuk mengenalpasti parasit dalam sistem.

Ada dua cara untuk mengekstrak parasit dalam SPICE. Kedua-dua ini memerlukan pemahaman parasit yang mungkin ada dalam sistem atau perlu dibandingkan dengan pengukuran bentangan papan PCB selesai:

1) Kaedah analitik, melibatkan penggunaan persamaan analitik untuk menghitung perilaku bergantung pada frekuensi model sirkuit trivial atau bukan-trivial. Nilai komponen biasanya dibina dari helaian data atau pengalaman sebelumnya.

2) Kaedah regresi, yang digunakan bila nilai yang sama bagi unsur sirkuit parasit tidak diketahui, walaupun model umum yang menjelaskan hubungan antara sirkuit parasit dan nilai diukur diketahui. Kaedah regresi piawai boleh digunakan untuk menentukan persetujuan antara model dan data.

Dalam contoh yang akan datang, kita akan mempertimbangkan bagaimana untuk menjalankan simulasi PSpice yang diperlukan untuk kedua-dua kaedah. Daripada menganggap nilai tunggal untuk pelbagai parasit, kita akan menganggap pelbagai nilai yang mungkin dan memeriksa balas frekuensi menggunakan simulasi SPICE. Hasilnya boleh digunakan untuk membina model yang menggambarkan bagaimana tindak balas frekuensi sirkuit bergantung pada nilai tertentu yang bergantung, yang kemudian boleh digunakan untuk mengira nilai yang bergantung dari data pengukuran.

As an example, let's look at how to extract the kapasitas parasit in a capacitor by identifying its self-resonant frequency. Resonansi diri adalah fenomena yang diketahui dalam kondensator frekuensi tinggi disebabkan resistensi siri parasit dan induktan. Dalam skema di bawah, kita mempunyai kondensator bernilai pada 4.7pF, dan kita mahu mengekstrak induktan parasit dan resistensi. Di sini, kita membersihkan frekuensi sumber dan juga membersihkan nilai spurious. Ini dilakukan dengan membersihkan parameter dalam domain frekuensi, yang akan memberi kita set lengkung untuk pengukuran semasa kita. Mereka boleh digunakan untuk mengekstrak frekuensi resonan diri dan nilai ESL. Untuk melakukan ini, anda perlu tetapkan parameter global bagi setiap nilai komponen yang anda ingin imbas. Ini dilakukan dengan menambah bahagian PARAM ke skema dan kemudian memasukkan nama parameter dalam nilai komponen. Data yang diekstrak dari simulasi SPICE boleh digunakan dalam kaedah analitik atau kaedah regresi. Dalam pendekatan analitik, nilai parasit boleh dihitung secara langsung dari balas simulasi selama terdapat model balas frekuensi sebagai fungsi nilai parasit (dalam kes ini frekuensi kondensator-resonant diri). Dalam contoh di atas, kita ingin membandingkan impedance diukur atau resonansi diri dengan nilai simulasi untuk menentukan nilai yang tepat bagi parasit. Jika lengkung simulasi dan diukur sangat sama, model boleh menggambarkan perilaku sirkuit dengan ketepatan tinggi. Dalam latihan anda tidak akan mempunyai persamaan yang sempurna, jadi anda perlu pasang data simulasi (frekuensi resonan diri dalam kes ini) ke model (biasanya linear atau hukum kuasa). Kemudian anda boleh plug pengamatan dari data pengukuran ke dalam model untuk mengira nilai bagi parasit yang berkaitan. Teknik yang sama boleh digunakan untuk ujian dan persekitaran lain.

Bila untuk kembali ke bentangan

Pada suatu titik, yang sebenar Papan PCB bentangan menjadi begitu kompleks sehingga cuba mengekstrak parasit dengan memasang model sirkuit yang sama menjadi sukar. Secara teknikal, and a boleh tulis program untuk muat data berulang kali dan beberapa model percubaan terdefinisi, but your program would still have to guess exactly what the parasite was and its equivalent circuit arrangement (parallel, seri, or non-trivial ) produces signaling behavior. Pada titik ini, alternatif adalah untuk kembali ke penyelesaian medan untuk mengekstrak parasit dari Papan PCB bentangan. Menekstrak parasit dalam paparan belakang bentangan adalah sangat mudah. Pilih sambungan untuk menganalisis dan jalankan alat ekstraksi automatik. Penyelesaikan medan terintegrasi akan menghitung parasit yang sama dalam Papan PCB layout directly from Maxwell's equations.