解决耦合电容的设计
关键的外卖
不同网之间的寄生耦合发生通过寄生电感和电容。
网之间的耦合电容信号定义如何容易转移生产恢复路径,相声,或者整体电路阻抗。
前端设计电路模拟器可以帮助你检查你网的耦合电容将如何影响信号的行为。
这样的一组复杂的互联将受耦合电容的影响。
无论你是新集成电路或电路PCB设计布局与离散的组件,耦合电容组导体之间会存在你的设计。你永远无法真正消除寄生直流电阻、铜粗糙度、互感和互电容。然而,有了正确的设计选择,可以减少这些影响,他们不造成多余的相声或信号失真。
耦合电感是很容易被发现,因为它出现在两个原则的方法:
运行两个网不垂直,引用回到地面的飞机可以循环面对面(互感)。
每架飞机,它提供了一个返回当前路径会有一些耦合电感与参考网(自身电感)。
耦合电容可以更难以确定,因为它发生。任何导体放置在PCB或集成电路布局,他们会有一些电容。这两个导体之间的电位差使他们像一个典型的电容器充电和放电。这导致位移电流转移远离加载组件和信号在高频(即网之间的交叉。串扰)。
使用正确的电路模拟工具,您可以在一个LTI电路模型耦合电容如何影响信号在时间域和频率域的行为。一旦你设计你的布局,你可以提取耦合电容的阻抗和传播延迟的测量。通过比较结果,您可以决定是否需要做任何布局的变化,防止不必要的信号网之间的耦合。
什么导致了耦合电容在电路?
线路图不明确占任何导体之间的耦合电容电路。这是因为耦合电容取决于以下几个方面:
几何学。导体之间的距离,他们的横截面积,面对面的大小区域的布局将决定电容电路。
介电常数。分割导体的绝缘高介电常数,耦合电容介电常数成正比。
寄生现象之间的耦合。单芯可以与多个网耦合电容。这些参数结合其他寄生参数和电感产生复杂的耦合,这可能是一个复杂的频率的函数。
因为耦合可以是一个复杂的频率的函数,返回路径和串扰信号可能产生的结果也不同的频率从源信号。这是由于形成的等效网络的传递函数设计电路,耦合电容和任何其他寄生(直流电阻和寄生电感)。
检查寄生现象如何影响你的董事会需要pre-layout和布线后仿真工具。Pre-layout模拟更灵活,但是他们不考虑几何布局布局尚未创建。相比之下,正确的数值布线后仿真工具将占寄生几乎完全,但很难找到确切的布局的一部分,创造最强的耦合。此外,你不能扫描通过不同的耦合电容或者电感值找到可接受的寄生耦合水平无需更改布局。
工具建模耦合电容
因为你布局中的耦合电容是未知的,直到布局完成,开始建模耦合电容在你示意图。这是通过添加一个电容器在战略位置在组件模型具体的耦合效应。这允许的现象学模型耦合电容取决于电容放置的位置:
输入/输出电容。输入和输出引脚在实际电路(ICs)会有一些电容由于销与地平面之间的分离。这些电容值通常~ 10 pF对小型SMD组件。这是其中一个主要点在pre-layout模拟研究。
网之间的电容。放置两个网,输入信号之间的电容将模型网之间的串扰。通过可视化受害者和侵略者网,您可以看到打开侵略者诱发信号的受害者。因为这些参数非常小和相声也取决于互感,串扰仿真通常只执行布线后的最高精度。
跟踪电容回地面的飞机。即使一个跟踪是短暂的,它仍然会寄生电容对地平面,负责共振短输电线路。
例如:耦合电容是输入插口
作为一个例子,让我们来看看以下是晶体管的输入插口之间的耦合及其参考面使用瞬态分析在PSpice软件。下面的示意图显示了一个示例电路,包括建模的寄生在一个短的输电线路。电感器和电容器的短线(分别L1和C1),以及电阻,模拟短输电线路与一些抵抗行为输出。这个系统是一个脉冲源的源从0到5 V 100 ns ns上升/下降时间和重复率(10 MHz)。晶体管Q1 40237 NPN型晶体管。
电容C2放置模型π在Q1的输入电容。更准确的模型将包括脚插头电感连接到基地但我们会关注耦合电容回地平面。
耦合电容在PSpice软件仿真原理图。
检查输入耦合电容将如何影响信号行为和可能导致变形,电容器的值被定义为一个全球CAP2参数。这是打开组件定义的属性对话框,设置组件值{CAP2}。需要放置在全局参数示意图使用PARAMS参与部分菜单PSpice软件的地方。在下图中,我定义了一个参数扫描范围从10到110 pF C2 (20 pF增量)。提供总共6曲线,一个为每个C2的价值。
在PSpice软件定义参数扫描范围。
既然定义了耦合电容范围,是时候运行仿真和分析的耦合电容如何影响信号的行为。
时域和频域的结果
下面的图显示了一个电压的放大视图中的第一个脉冲发射器的10 MHz脉冲流。我们可以看到显著的铃声在这短输电线路由于共振。响时最大耦合电容很小(绿色曲线,C2 = 10 pF),但响变小随着耦合电容的增加(紫色曲线,C2 = 110 pF)。
在时域参数扫描结果。
耦合电容并联高频组件的功能信号带宽的地平面位移电流。这很好地在频域结果可以看出,这是傅里叶变换的计算。
在频域参数扫描结果。
在高频端信号的带宽(~ 120 MHz和更高版本),这些频率的峰值水平较低时,耦合电容比较大。实际上,Q1和C2像低通滤波器截止频率高。注意膝盖这些信号频率,占~总信号功率的75%,在~ 175 MHz。我们可以看到下面的耦合电容开始引起过滤这个频率,导致信号失真。
添加源阻抗匹配
虽然有轻微的减少振铃随着耦合电容的增加,新ICs往往较小的特性让规模较小的耦合电容。这是一个问题,在这种情况下的瞬态响应会导致一个更大的振幅的无阻尼振荡。这突显出源终止在本电路设计的必要性。如果我们匹配源的输出阻抗~ 50欧姆,有人预计,瞬态响应振幅较低,可能表现出临界阻尼或过阻尼振荡。
下面的图显示了瞬态分析结果与50欧姆电阻串联脉冲电压源(V1)终止提供来源。这显著抑制振荡的前沿,使瞬态响应临界阻尼。下降沿,仍有一些脱靶。
在时域参数扫描结果与终止。
根据电路理论对输电线路,源终止将产生临界阻尼电阻是双重的输入阻抗(线+负载电路)网络。所需的确切电阻器终止将取决于耦合电容的值。从设计的角度来看,你应该尝试找到一个可以容纳的源电阻一系列可能的耦合电容值在你的布局,以帮助抑制过度/低于这个电路的瞬态响应。
其他景点,耦合电容可以突出在这个设计包括:
的输出脉冲驱动程序(地面)。
晶体管的输出(地面)。
晶体管输出和权力之间。
上面的第一个2分结合增加电容的互连,稍微降低阻抗。的电路理论,将瞬态响应接近临界阻尼或深入过阻尼,正如就增加晶体管的输入电容。长输电线路,需要考虑负载阻抗线路阻抗,分开,我们需要看看电路反映由于耦合电容来确定信号的行为。
使用布线后仿真提取耦合电容
参数化分析工具PSpice软件使这些类型的pre-layout模拟容易。您可以分析任何组件或属性值的变化如何影响信号行为在时间和频率域。一旦你完成你的布局,布线后的信号完整性的工具可以帮助你检查寄生电容的布局如何影响行为和网络阻抗信号。你永远不会直接检查寄生电容。相反,你要模拟信号行为(反射、阻抗、传播延迟,返回路径,和相声)直接从您的布局。
如果你喜欢,你可以从你的阻抗计算耦合电容值结果(寄生电容对地)或从你的串扰仿真结果(寄生电容和电感到最近的净)。最好的信号完整性的工具将显示这些结果在你的仿真结果,给你看看在你的布局网之间的耦合系数。你会发现这是类型的功能Sigrity SI提取,它提供了寄生的值直接从布线后仿真数据。你也可以直接与检测信号的行为Sigrity先进硅,它允许耦合,倒影,阻抗,并返回路径模拟布局。
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