Công nghệ PCB - Giới thiệu điện dung ký sinh trong bố trí PCB

Bản thân điện dung ký sinh không phải là điện dung, theo nguyên tắc điện dung có thể biết rằng điện dung bao gồm hai tấm và môi trường cách điện, sau đó điện dung ký sinh là không thể tránh khỏi. Điện dung ký sinh thường đề cập đến các đặc tính điện dung thể hiện ở tần số cao giữa các cuộn cảm, giữa các chân chip và giữa các chân bán dẫn công suất.

Điện dung ký sinh thường đề cập đến các đặc tính điện dung của cuộn cảm, điện trở, pin chip, v.v. ở tần số cao. Trên thực tế, một điện trở tương đương với một tụ điện, một cuộn cảm và một loạt các điện trở, và hiệu suất không rõ ràng ở tần số thấp, trong khi ở tần số cao, giá trị tương đương tăng lên và không thể bỏ qua. Trong tính toán, chúng ta phải tính đến. ESL là điện cảm tương đương và ESR là điện trở tương đương. Cho dù đó là điện trở, điện dung, cảm ứng, hoặc diode, transistor, MOS và IC, chúng ta phải xem xét điện dung và cảm ứng tương đương của chúng trong các tình huống tần số cao.

Bảng mạch PCB bao gồm một số dây dẫn song song, chẳng hạn như dấu vết, được ngăn cách bởi chất cách điện. Những dấu vết này cùng với vật liệu điện môi tạo thành tụ điện, dẫn đến tụ điện ký sinh không mong muốn hoặc hiệu ứng tụ điện đi lạc.

Các thành phần ký sinh trong PCB có thể là điện dung ký sinh, điện trở ký sinh và cảm ứng ký sinh. Hiệu ứng điện dung ký sinh đặc biệt nổi bật trong các tấm tần số cao khi các dấu vết tiếp cận. Hiệu ứng này là hoàn toàn không cần thiết và có thể ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị. Nó có thể gây ra các vấn đề như nhiễu xuyên âm, EMI và tính toàn vẹn tín hiệu. Các nhà thiết kế PCB làm việc với tần số cao, tốc độ dữ liệu cao và bảng tín hiệu hỗn hợp phải xem xét các hiệu ứng điện dung ký sinh và điện cảm khi thiết kế bố cục PCB.

Điện dung ký sinh là một tính chất vốn có của dây dẫn. Đó là lượng lưu trữ trên mỗi đơn vị thay đổi tiềm năng. Điện dung ký sinh được tính theo công thức C=q/v. Trong đó C là điện dung tính bằng fara, v là điện áp tính bằng volt và q là điện tích tính bằng coulomb.

Đối với tín hiệu điện liên tục không thay đổi theo thời gian, dv/dt=0, có nghĩa là điện thế không thay đổi; Vậy i=0.

Nếu có tụ điện trong mạch, dv/dt sẽ hội tụ đến một giá trị cố định, đó là thay đổi tiềm năng và tạo ra dòng điện; Vậy i bằng 0.

Tính toán điện dung dấu vết

Điện dung của tụ điện tấm song song được đưa ra bởi C=(kA/11,3d) pF. Trong đó C là tụ điện, A là diện tích của tấm tính bằng cm 2, k là điện dung tương đối của vật liệu tấm và d là khoảng cách giữa các tấm tính bằng cm.

Mô hình hóa các yếu tố ký sinh PCB tần số cao.

Hiệu ứng điện dung ký sinh là một vấn đề trong bảng mạch tần số cao. Trong các hoạt động tần số thấp, các thành phần ký sinh không đáng kể vì chúng không thực sự ảnh hưởng đến chức năng của hệ thống. Mỗi pad trên bảng có điện dung ký sinh của nó và mỗi dấu vết có điện cảm ký sinh. Đĩa cũng làm tăng sức đề kháng ký sinh, do đó kích thích tổn thất IR. Điện dung ký sinh có thể tồn tại giữa PCB, bảng trần, PCBA, bảng lắp ráp và dây dẫn trong gói lắp ráp, đặc biệt là thiết bị gắn trên bề mặt (SMD).

Vì các tấm tụ điện vốn có có sự khác biệt về điện thế, dòng điện có cơ hội chảy. Nó không quan trọng nếu điện tích được lưu trữ giữa các tấm tụ điện; Dòng điện không chảy cho đến khi có sự chênh lệch tiềm năng. Khi chênh lệch điện thế này tăng lên, có thể quan sát thấy sự giảm tương ứng của dòng electron đến tải đối với các đường tín hiệu mong muốn ảnh hưởng tiêu cực đến tính toàn vẹn của tín hiệu.

Sự khác biệt giữa Clutter Capacitive và Symbiotic Capacitive là gì?

Thuật ngữ điện dung đi lạc thường được sử dụng thay thế cho nhau với điện dung ký sinh. Tuy nhiên, điện dung ký sinh cho thấy nó cản trở hoạt động của mạch và điện dung đi lạc cho thấy cách giới thiệu điện dung không mong muốn.

Dispersion Capacitive là gì?

Điện dung đi lạc không phải lúc nào cũng được cảm nhận do điện dung ảo được hình thành giữa hai dây dẫn PCB và ảnh hưởng của môi trường xung quanh. Do đó, nó được gọi là điện dung đi lạc.

Kháng ký sinh trong PCB là gì?

Các kháng ký sinh được kết nối trong chuỗi dọc theo dấu vết hoặc tồn tại như một bộ chia giữa các yếu tố dẫn điện.

Ký sinh cảm trong PCB là gì?

Các cảm ứng ký sinh tồn tại dọc theo các dấu vết, thể hiện hành vi lưu trữ và tiêu hao năng lượng điện, giống như các cuộn cảm thực tế. Tất cả các dây dẫn đều cảm ứng điện và ở tần số cao, cảm ứng ngay cả đối với dây tương đối ngắn hoặc dấu vết PCB cũng có thể quan trọng.

Hiệu ứng điện dung ký sinh có thể là nhiễu xuyên âm và tiếng ồn, phản hồi đầu ra kém và sự hình thành mạch cộng hưởng. Do đó, phải chú ý đến thiết kế tổng thể của PCB, đặc biệt là bố cục. Khi đặt một dây bên cạnh một dây khác, bố trí tốt nên được thực hiện với sự chăm sóc tối đa.

Các yếu tố ký sinh bao gồm cảm ứng được hình thành bởi các dây dẫn đóng gói, dấu vết dài, pad-to-ground, pad-to-power plane và pad-to-wire-container, bao gồm cả tương tác với các lỗ thông qua. Các yếu tố ký sinh được hiểu là các yếu tố gây ra mối đe dọa đối với hiệu suất của mạch. Không mong muốn và không thể tránh khỏi, nhưng đồng thời có thể kiểm soát được.

Trong các mạch tốc độ cao, một vài phần mười phương pháp vỏ là đủ để ảnh hưởng đến hiệu suất mạch. Ví dụ, điện dung ký sinh 1pF ở đầu vào đảo ngược sẽ dẫn đến đỉnh 2dB trong miền tần số. Nếu vượt quá 1pF, nó sẽ dẫn đến mất ổn định và dao động.

Tụ điện chặn tín hiệu tần số thấp và DC trong mạch điện tử, truyền tín hiệu tần số cao. Đặc tính này của tụ điện truyền tín hiệu tần số cao (tốc độ mà tụ điện xả là một lý do khác mà chúng được sử dụng để thay thế pin chậm hơn nhiều) là nguyên nhân gây ra các vấn đề về tụ điện đi lạc trong mạch tốc độ cao. Đối với dây dẫn, điện dung đi lạc giới thiệu EMI hoặc tiếng ồn có thể đi dọc theo dây và cáp hoặc đến các dấu vết lân cận gần đó. Thông thường, không thể loại bỏ các tụ điện đi lạc. Tuy nhiên, có một số cách hiệu quả để giảm thiểu điều này ở cấp độ bố trí PCB.

Tránh dây song song: Khi dây song song, diện tích giữa hai kim loại là lớn nhất, do đó điện dung giữa chúng là lớn nhất.