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Tecnologia PCB
Introduzione alla capacità parassitaria nel layout PCB
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Introduzione alla capacità parassitaria nel layout PCB

Introduzione alla capacità parassitaria nel layout PCB

2021-11-11
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Author:Downs

A PCB board is composed of multiple conductors connected in parallel, such as traces, separati da isolatori. These traces together with the dielectric material form a capacitor, con conseguente effetto indesiderato di capacità parassitaria o di capacità randagi.

Gli elementi parassitari nel PCB possono essere capacità parassitaria, resistenza parassitaria e induttanza parassitaria. Quando le tracce sono vicine, l'effetto di capacità parassitaria è particolarmente evidente nella scheda ad alta frequenza. Questo effetto è completamente inutile e influenzerà la funzione del dispositivo. Può causare problemi come crosstalk, EMI e integrità del segnale. I progettisti PCB che si occupano di schede ad alta frequenza, ad alta velocità di dati e a segnale misto devono considerare gli effetti parassitari di capacità e induttanza quando progettano il layout PCB.

In the following section, Capiremo la definizione di capacità parassitaria e il suo impatto sui nostri circuiti stampati.

Qual è la capacità parassitaria nel PCB?

The tightly placed PCB conductors form a virtual capacitor, che crea un effetto di capacità parassitaria.

La capacità parassita o la capacità vaga è il risultato di un condensatore virtuale formato tra due tracce separate da un dielettrico. Si verifica a causa della differenza di potenziale generata quando le tracce portatrici di corrente sono vicine. Per saperne di più, leggere il ruolo della capacità corrente di linea nella progettazione PCB.

pcb board

Questo effetto è possibile anche se i conduttori sono adeguatamente isolati. Poiché non esiste un circuito ideale, la capacità parassitaria non può essere evitata.

The charge and discharge cycle in the capacitor.

La capacità parassita è una caratteristica intrinseca dei conduttori. È la quantità di stoccaggio per unità di cambiamento potenziale. La formula di calcolo della capacità parassitaria è C= q/v. Dove C è la capacità in farad, v è la tensione in volt, e q è la carica in coulombi.

Per un segnale elettrico costante che non cambia con il tempo, dv/dt = 0, which means that there is no change in potential; therefore, i = 0.

Se c'è un condensatore nel circuito, dv/dt convergerà a un valore fisso, cioè i cambiamenti potenziali e la corrente viene generata; quindi, i 0.

Trace capacitance calculation

La capacità del condensatore a piastra parallela è data da C= (kA/11.3d)pF. Dove C è la capacità, A è l'area della piastra in cm 2, k è la permittività relativa del materiale della piastra e d è la distanza tra le piastre in cm.

Modellazione di componenti parassitari PCB ad alte frequenze.

L'effetto di capacità parassitaria è un problema nei circuiti ad alta frequenza. Nel funzionamento a bassa frequenza, i componenti parassitari possono essere ignorati perché non influiranno realmente sul funzionamento del sistema. Ogni pad sul circuito stampato ha la sua capacità parassitaria, e ogni traccia ha induttanza parassitaria. Il pad aumenta anche la resistenza parassitaria, che stimola la perdita di IR. La capacità parassita può esistere tra PCB, scheda nuda, PCBA, scheda di montaggio e conduttori nel pacchetto del componente, in particolare dispositivi di montaggio superficiale (SMD).

Since the intrinsic capacitor plates have a potential difference, c'è un'opportunità per la corrente di fluire. It does not matter whether charge is stored between the capacitor plates; current will not flow until there is a potential difference. Una volta che questa differenza potenziale aumenta, a corresponding decrease in the flow of electrons to the load can be observed for the desired signal path that negatively affects the signal integrity.

Qual è la differenza tra capacità randagi e capacità parassitaria?

Il termine capacitanza vaga è spesso usato in modo intercambiabile con capacitanza parassitaria. However, La capacità parassitaria mostra che ostacolerà il funzionamento del circuito, and stray capacitance shows how to introduce unwanted capacitance.

Cos'è la capacità vaga?

Grazie alla capacità virtuale formata tra i due conduttori PCB e all'influenza dell'ambiente circostante, stray capacitance is not always sensed. Pertanto, it is called stray capacitance.

Qual è la resistenza parassitaria in PCB?

Le resistenze parassitiche sono collegate in serie lungo le tracce o esistono come shunt tra elementi conduttivi.

Qual è l'induttanza parassitaria nel PCB?

Parasitic inductances exist along the traces, mostrare il comportamento di immagazzinamento e dissipazione dell'energia elettrica, Proprio come gli induttori reali. All conductors are inductive, e ad alte frequenze, the inductance of even relatively short wires or PCB traces can be important.

Gli effetti di capacità parassitica possono essere crosstalk e rumore, scarso feedback dall'uscita e la formazione di circuiti risonanti. Pertanto, l'attenzione deve essere prestata al design complessivo del PCB, in particolare al layout. Quando si posiziona un conduttore accanto a un altro conduttore, un buon layout dovrebbe essere fatto con estrema cura.

Gli elementi parassitici includono induttanze formate da cavi di pacchetto, tracce lunghe, pad-to-ground, pad-to-power plane e pad-to-line condensatori, comprese le interazioni con vias. Comprendere gli elementi parassitari come elementi parassitari, che rappresentano una minaccia per le prestazioni del circuito. Involuto e inevitabile, ma allo stesso tempo controllabile.

In circuiti ad alta velocità, a few tenths of a picofarad is enough to affect circuit performance. Per esempio, a 1pF parasitic capacitance at the inverting input will cause a 2dB peak in the frequency domain. Se supera 1pF, it will cause instability and oscillation.

I condensatori bloccano i segnali a bassa frequenza e CC e trasmettono segnali ad alta frequenza nei circuiti elettronici. This characteristic of capacitors passing high-frequency signals (the speed at which capacitors discharge is another reason they are used to replace much slower batteries) is the cause of stray capacitance problems in high-speed circuits. Per conduttori, stray capacitance can introduce EMI or noise, che possono propagarsi lungo fili e cavi o essere trasferiti a tracce adiacenti vicine. Usually, è impossibile eliminare la capacità vaga. Nevertheless, ci sono alcuni metodi efficaci per alleviare questa situazione al Layout PCB level.

Evitare il routing parallelo: durante il routing parallelo, there is the largest area between the two metals, quindi c'è la più grande capacità tra di loro.