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教學:PCB寄生電容和寄生電感的計算

2022-09-25
來源: 小白白學電子

  在高速或高頻電路板中,,PCB中的寄生效應非常明顯,,這些寄生電容寄生電感會引起串擾、EMI,、信號完整性等問題,。在處理高頻、高速和混合信號PCB時,,需要做一些特殊處理,,以減小寄生效應對信號的影響。

  為了減小寄生電容和電感的影響,,我們需要知道它們是怎么產(chǎn)生的,,才能對癥下藥。本節(jié)我們先來了解如何計算PCB的寄生電容和寄生電感,,然后討論如何減小它們的影響,。

  PCB上的導體一般有走線和過孔(焊盤、覆銅等都可以等效為走線),,二者的結構完全不同,,所以我們在討論寄生效應時,需要把這兩種結構分別分析,。

  1)寄生電容

  信號線/焊盤的寄生電容:

  我們知道,,平板電容器的電容計算公式為:C=ε0*S/d;其中ε0是介電常數(shù),,S是相對的兩個平板的面積,,d是兩個平板的距離??梢灾?,在介電常數(shù)一定的情況下,正對的面積S越大,、距離d越小,,則電容越大。

  由于在PCB的同一層上,信號線與信號線之間等效的正對面積很小,,距離相對于相鄰層之間的間距也很大,,所以,同一層內的走線之間的寄生電容認為很小可以忽略,;把走線覆蓋的面積當作平板電容器的面積,,相鄰層的間距作為平板電容器的間距,,忽略掉其他因素引起的小電容,,寄生電容的產(chǎn)生就可以簡化為平板電容器的電容。

  可以如下圖計算:(A為面積,、d為與相鄰參考層的間距,,例子中K=4.7是把PCB板材的介電常數(shù)考慮進去了)

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  從這個計算公式可以看出,如果想要減小信號線,、焊盤的寄生電容,,在設計PCB時,一是要減小銅皮覆蓋的總面積,;二是要增加層間距(在實際操作時,,可以選用層間距大的PCB層疊結構,或者挖空相鄰層的參考面)

  過孔的寄生電容:

  過孔的寄生電容,,不能等效成平板電容器,,一般用以下公式計算:

  (其中D1為過孔的外徑,、D2為過孔周圍銅皮挖空部分的圓直徑,、T為PCB厚度、εr為板材的相對磁導率)

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  從以上計算公式可以看出,,要想減小過孔的寄生電容,,需要使用小孔徑的過孔、加大過孔和銅皮的間距,、選用更薄的PCB板材,。

  2)寄生電感

  信號線/焊盤的寄生電感

  計算方法如下:(W是線寬、L是線長,,H是銅厚)

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  這個公式看起來比較復雜,,實際上,對寄生電感影響最大的是線長L,,將L的長度縮短是減小信號線寄生電感的最有效方法,。

  過孔的寄生電感:

  計算方法如下:(h是板厚、D是過孔直徑)

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  從公式上可以看出,,要減小過孔的寄生電感,,需要減小板厚、增大過孔直徑。

  好了,,本節(jié)的內容就分享到這了,。



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