Tecnologia PCB - Introduzione alla capacità parassitaria nel layout PCB

Una scheda PCB è composta da più conduttori collegati in parallelo, come tracce, separati da isolatori. Queste tracce insieme al materiale dielettrico formano un condensatore, con conseguente effetti indesiderati 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.

Nella sezione seguente, comprenderemo la definizione di capacità parassitaria e il suo impatto sui nostri circuiti stampati.

Qual è la capacità parassitaria nel PCB?

I conduttori PCB ben posizionati formano un condensatore virtuale, 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.

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

Il ciclo di carica e scarico nel condensatore.

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 coulomb.

per un segnale elettrico costante che non cambia con il tempo, dv/dt = 0, il che significa che non c'è cambiamento di potenziale; quindi 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, iâ� 0.

Calcolo della capacità di traccia

La capacità del condensatore a piastre parallele 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).

Poiché le piastre condensatrici intrinseche hanno una differenza di potenziale, c'è un'opportunità per la corrente di fluire. Non importa se la carica è immagazzinata tra le piastre del condensatore; La corrente non fluirà finché non vi è una differenza potenziale. Una volta che questa differenza di potenziale aumenta, una corrispondente diminuzione del flusso di elettroni al carico può essere osservata per il percorso del segnale desiderato che influisce negativamente sull'integrità del segnale.

Qual è la differenza tra capacità randagi e capacità parassitaria?

Il termine capacitanza vaga è spesso usato in modo intercambiabile con capacitanza parassitaria. Tuttavia, la capacità parassitaria mostra che ostacolerà il funzionamento del circuito e la capacità vaga mostra come introdurre la capacità indesiderata.

Cos'è la capacità vaga?

A causa della capacità virtuale formata tra i due conduttori PCB e a causa dell'influenza dell'ambiente circostante, la capacità vaga non è sempre percepita. Pertanto, è chiamata capacità vaga.

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?

Induttanze parassite esistono lungo le tracce, mostrando il comportamento di immagazzinare e dissipare energia elettrica, proprio come induttori reali. Tutti i conduttori sono induttivi e alle alte frequenze, l'induttanza anche di fili relativamente corti o tracce PCB può essere importante.

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.

Nei circuiti ad alta velocità, pochi decimi di picofarad sono sufficienti per influenzare le prestazioni del circuito. Ad esempio, una capacità parassitaria 1pF all'ingresso invertinte causerà un picco di 2dB nel dominio di frequenza. Se supera 1pF, causerà instabilità e oscillazione.

I condensatori bloccano i segnali a bassa frequenza e CC e trasmettono segnali ad alta frequenza nei circuiti elettronici. Questa caratteristica dei condensatori che passano segnali ad alta frequenza (la velocità alla quale i condensatori scaricano è un altro motivo per cui vengono utilizzati per sostituire batterie molto più lente) è la causa di problemi di capacità vaganti nei circuiti ad alta velocità. Per i conduttori, la capacità vagante può introdurre EMI o rumore, che può propagarsi lungo fili e cavi o essere trasferito a tracce adiacenti vicine. Di solito, è impossibile eliminare la capacità randagi. Tuttavia, ci sono alcuni metodi efficaci per alleviare questa situazione a livello di layout PCB.

Evitare l'instradamento parallelo: durante l'instradamento parallelo, c'è la più grande area tra i due metalli, quindi c'è la più grande capacità tra di loro.