技術(shù)資訊 | 在高速設(shè)計(jì)中如何消除寄生電容？

寄生電容的定義

寄生電容影響電路機(jī)理

消除寄生電容的方法

當(dāng)你想到寄生蟲時(shí)，你可能會(huì)想到生物學(xué)上的定義——一種生活在宿主身上或在宿主體內(nèi)的有機(jī)體，從宿主身上吸取食物。從這個(gè)意義上說(shuō)，寄生蟲可能是巨大的麻煩或?qū)е聡?yán)重的健康問(wèn)題。
當(dāng)然，作為一個(gè)PCB設(shè)計(jì)人員，您可能知道另一種寄生蟲—寄生電容。雖然您不必?fù)?dān)心電路中的生物寄生，但了解如何消除寄生電容可以幫助提高PCB設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性和性能。

什么是寄生電容？

寄生電容是一種現(xiàn)象，即電路中的元件在物理上不是電容時(shí)表現(xiàn)得像電容。如果回顧一下電容的基礎(chǔ)知識(shí)，就更容易理解寄生電容的概念。 電容器由被絕緣材料隔開的兩個(gè)導(dǎo)電元件組成。當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體都受到差電位的驅(qū)動(dòng)時(shí)，電荷就在它們之間積累起來(lái)。積聚的電荷用電容表示，公式為C = q/V。 物理電容器是根據(jù)上述原理構(gòu)造的，目的是有意地在電路中儲(chǔ)存電荷。然而，電容也可能存在于電路的元件之間，只要元件之間的距離符合形成電荷的要求。 電路中形成的非預(yù)期電容稱為寄生電容。寄生電容可以在兩個(gè)導(dǎo)體、襯墊、導(dǎo)體和相鄰地平面之間，或任何兩個(gè)滿足電荷積聚標(biāo)準(zhǔn)的元素之間產(chǎn)生。當(dāng)電路的各部分相互接近且電壓水平不同時(shí)，寄生電容的可能性最大。

導(dǎo)體間寄生電容是面積與距離的關(guān)系

上圖顯示了電路中兩個(gè)導(dǎo)體之間的電容是如何產(chǎn)生的。當(dāng)導(dǎo)體被置于不同的電位水平時(shí)，所積聚的電荷由下式?jīng)Q定: C= (?×a) /d，其中?為導(dǎo)體之間絕緣體的介電常數(shù)。

寄生電容影響電路的機(jī)理?

在高頻時(shí)，寄生電容會(huì)導(dǎo)致短路。
寄生電容很可能存在于電路中，對(duì)于低頻設(shè)計(jì)，它不太可能造成重大的問(wèn)題。然而，寄生電容在高速設(shè)計(jì)中可能就必須被重視。 隨著頻率的增加，電容的行為發(fā)生變化，最后，可能會(huì)形成一個(gè)短路的行為。當(dāng)高速信號(hào)通過(guò)一個(gè)元件時(shí)，寄生電容也會(huì)產(chǎn)生同樣的效果。 在放大器設(shè)計(jì)中，在輸入和輸出之間形成的寄生電容可能導(dǎo)致不必要的反饋。通常的開路電路在高頻工作時(shí)變得導(dǎo)電，并在放大器電路中引起不必要的振蕩或寄生振蕩。 寄生電容對(duì)于兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體來(lái)說(shuō)是很麻煩的。當(dāng)其中一個(gè)導(dǎo)體攜帶高頻信號(hào)時(shí)，它會(huì)給另一個(gè)導(dǎo)體帶來(lái)串?dāng)_。寄生電容越大，EMI噪聲越大。 寄生電容不僅會(huì)產(chǎn)生干擾，還會(huì)影響信號(hào)本身的完整性。例如，寄生電容可以建立在導(dǎo)體和地平面之間。在高頻時(shí)，兩個(gè)元件都趨向于短路，并將改變導(dǎo)體上的信號(hào)。

消除寄生電容的方法？

去除內(nèi)地層，有助于降低寄生電容

考慮到在許多PCB設(shè)計(jì)中電路密度持續(xù)增加，消除寄生電容是不可能的。但是，您可以通過(guò)應(yīng)用這些策略來(lái)減少它的影響。

01

增加導(dǎo)體之間的間隙

如果可能的話，在設(shè)計(jì)中使得布線之間保持盡量寬的間隙。這是因?yàn)?，電容與導(dǎo)體之間的距離成反比。較寬的間隙將降低寄生電容和交叉耦合等影響。

02

適當(dāng)?shù)氖褂玫仄矫?/p>

建議使用內(nèi)層接地面，以減少雜散電感、EMI和散熱，但請(qǐng)記住，它也可能增加寄生電容。在用地平面覆蓋整個(gè)內(nèi)層之前，需要考慮一下利弊。

03

減少過(guò)孔

在構(gòu)建緊湊的PCB時(shí)，過(guò)孔是有用的，但過(guò)孔過(guò)多會(huì)引入顯著的寄生電容。少用過(guò)孔，并盡量避免任何高速線上打過(guò)孔。

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