PCB部落格 - PCB板佈局的直流電阻、寄生電容和寄生電感

許多設計師習慣於從以下方面考慮系統行為： PCB電路板 模型. 這些模型和電路圖在某種程度上是正確的, 但它們缺少一些决定系統行為的重要資訊. 電路圖中缺少的資訊是實際 PCB板 佈局, 其確定系統中的元件如何彼此電耦合和磁耦合. 所以, 是什麼導致電路元件之間的電磁場耦合, 指揮, 鐵氧體, 以及真實世界中的其他複雜結構 PCB板 或集成電路? 這是由電磁場和物質之間的相互作用决定的, 但總結複雜系統中訊號行為的一種概念方法是考慮寄生電路元件的耦合, 或者簡稱為寄生. 在電路模型中引入寄生效應可以幫助您解釋實際系統中意外或不期望的訊號和電源行為, 使寄生建模工具對理解電路和產品行為非常有幫助.

這是因為電路圖無法說明實際PCB板、集成電路或任何其他電力系統的一些重要功能。 寄生效應在電路圖中表示為電阻器、電容器和電感器，取決於它們在頻域中的行為。 請注意，寄生幾乎完全按照LTI電路進行討論，這意味著寄生也被視為線性和時變的。 時變和非線性寄生蟲採用更複雜的建模科技，涉及時域中的手動反覆運算。 它們也可能對系統的初始條件非常敏感，尤其是在存在迴響的情况下。 儘管實際PCB板很複雜，但LTI系統覆蓋了絕大多數實際電力系統。 確定寄生效應本質上是確定系統的頻率行為，因為寄生元件對訊號的影響是頻率的函數。 通過比較[理想系統+可能寄生蟲]的頻率行為與[實際系統測量值]，可以識別系統中可能產生頻率相關行為的寄生蟲。

什麼决定了寄生效應，電路圖中沒有考慮什麼？

真實系統的許多方面可能在PCB板佈局、IC或任何其他電力系統中產生意外的寄生效應。 在嘗試使用SPICE類比選取寄生之前，請注意電路圖中不能考慮的內容。 各種導體之間的距離、它們在電路板上的佈置以及它們的橫截面積將决定直流電阻、寄生電容和寄生

電感。 介電常數：PCB板電介質的介電常數較高，這决定了電路元件之間的寄生電容。 磁導率：對於磁性組件，磁導率也在决定訊號和功率行為方面起作用，因為這些組件產生寄生電感。 當在高頻下工作時，鐵氧體變壓器和其他磁性部件可以像電感器或輻射器一樣工作。

行波行為。 在實際PCB板和互連中傳播的任何訊號都是傳播波形。 電磁波的傳播在互連中產生傳輸線效應，這無法用簡單電路圖建模。 您的SPICE類比需要修改，以考慮波形的有限速度。 像纖維編織效應，特別是PCB板基板內的現象，很難通過電路建模或佈局後模擬輕鬆類比，因為涉及的電路模型可能會變得複雜。 然而，電路類比可以幫助您廣泛檢查PCB板中的頻率相關行為。 其他寄生，例如集成電路上的輸入/輸出電容或鍵合線電感，可以容易地確定，因為寄生的類型及其位置可以確定。

下麵的示例示意圖顯示了用於檢查和解釋集成電路中接地彈跳的典型電路模型。 這種效應是由於地線中的寄生電感（在示意圖中標記為L）引起的。 然而，電路中還有其他因素會影響接地彈跳時電路的行為。 驅動器輸出端和負載輸入端的兩個電容器類比IC上引脚引起的寄生電容。 I/O線上的電阻器類比其寄生直流電阻。 寄生選取的目標通常是估計系統的頻率相關行為，以便在一定頻率範圍內將系統廣義描述為電容性或電感性。 使用上面顯示的示意圖類型，可以通過將類比結果與實驗測量值進行比較來選取寄生效應。 簡單地使用頻率掃描來類比電路，或使用脈衝來提供電路的瞬態分析。 然後，您需要將結果與量測數據進行比較，以識別系統中的寄生。

從香料中選取寄生蟲有兩種方法。 這兩種方法都需要瞭解系統中可能存在的寄生蟲，或者需要與成品PCB板佈局的量測結果進行比較：

1）分析方法，包括使用分析方程來計算平凡或非平凡電路模型的頻率相關行為。 組件值通常來自資料表或之前的經驗。

2）當寄生電路元件的等效值未知時使用的回歸方法，儘管描述寄生電路和測量值之間關係的通用模型是已知的。 標準回歸方法可用於確定模型和數據之間的一致性。

在接下來的示例中，我們將考慮如何運行兩種方法所需的PSpice類比。 我們將假設各種可能的值，並使用SPICE類比檢查頻率回應，而不是假設各種寄生蟲的單個值。 結果可用於建立一個模型，該模型描述電路的頻率回應如何取決於某些雜散值，然後可用於根據量測數據計算雜散值。

作為一個例子，讓我們看看如何通過識別電容器的自諧振頻率來選取電容器中的寄生電容。 由於寄生串聯電阻和電感，自諧振是高頻電容器中眾所周知的現象。 在下麵的示意圖中，我們有一個額定為4.7pF的電容器，我們想要選取寄生電感和電阻。 這裡，我們掃描源的頻率，也掃描雜散值。 這是通過掃描頻域中的參數來完成的，這將為我們的當前量測提供一組曲線。 然後可以使用它們選取自共振頻率和ESL值。 為此，需要為要掃描的每個組件值設定全域參數。 這是通過將參數零件添加到原理圖中，然後在元件值中輸入參數名稱來完成的。 從SPICE類比中選取的數據可用於分析方法或回歸方法。 在分析方法中，只要存在作為寄生值（在這種情況下為電容器自諧振頻率）函數的頻率回應模型，就可以直接從類比響應計算寄生值。 在上述示例中，我們希望將量測的阻抗或自共振與類比值進行比較，以確定寄生蟲的準確值。 如果類比和量測曲線非常相似，則該模型可以高精度地描述電路的行為。 實際上，您不會有這樣完美的匹配，囙此您必須將類比數據（本例中為自諧振頻率）擬合到模型（通常為線性或幂律）。 然後，您可以將量測數據中的觀察結果插入模型，以計算相關寄生蟲的值。 類似的科技可用於其他測試和環境。

何時返回佈局

在某一時刻, 實際 PCB板 佈局 becomes so complex that trying to extract parasitics by fitting an equivalent circuit model becomes tricky. 從科技上講, 您可以編寫一個程式來重複擬合數據和一些預定義的實驗模型, but your program would still have to guess exactly what the parasite was and its equivalent circuit arrangement (parallel, 系列, or non-trivial ) produces signaling behavior. 此時此刻, 另一種方法是返回場解算器，從 PCB板 佈局. 在佈局後視圖中選取寄生蟲非常簡單. 只需選擇要分析和運行自動選取工具的互連. 集成場解算器將計算 PCB板 直接從麥克斯韋方程組佈局.