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Lidando com a capacitância do acoplamento em projetos

2020-08-17
Um grupo complexo de interconnetos como esses serão influenciados pela capacitância de acoplamento.
Esteja você projetando circuitos para um novo IC ou para um layout de PCB com componentes discretos, a capacitância de acoplamento existirá entre grupos de condutores em seu projeto. Você nunca pode realmente eliminar parasitas como resistência DC, rugosidade do cobre, indutância mútua e capacitância mútua. No entanto, com as opções de design corretas, você pode reduzir esses efeitos a ponto de não causar excesso de diafonia ou distorção de sinal.
A indutância de acoplamento é muito fácil de detectar, pois surge de duas maneiras principais:
1. Duas redes que não estão perpendiculares e referenciadas de volta a um plano de terra podem ter loops que ficam de frente um para o outro (indutância mútua).
2. Cada plano que fornece um caminho de corrente de retorno terá alguma indutância de acoplamento com suas redes de referência (auto-indutância).
A capacitância de acoplamento pode ser mais difícil de identificar, pois ocorre em todos os lugares. Sempre que os condutores forem colocados em um layout de PCB ou IC, eles terão alguma capacitância. Uma diferença de potencial entre esses dois condutores faz com que eles sejam carregados e descarregados como um capacitor típico. Isso faz com que as correntes de deslocamento se desviem dos componentes de carga e os sinais cruzem entre as redes em alta frequência (ou seja, diafonia).

Com o conjunto certo de ferramentas de simulador de circuito, você pode modelar como a capacitância de acoplamento em um circuito LTI afeta o comportamento do sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência. Depois de projetar seu layout, você pode extrair a capacitância de acoplamento das medições de impedância e atraso de propagação. Ao comparar os resultados, você pode determinar se alguma alteração de layout é necessária para evitar o acoplamento de sinal indesejado entre as redes.



Ferramentas para modelagem de capacitância de acoplamento
Como a capacitância de acoplamento em seu layout é desconhecida até que o layout seja concluído, o lugar para começar a modelar a capacitância de acoplamento é em seu esquema. Isso é feito adicionando um capacitor em locais estratégicos para modelar efeitos de acoplamento específicos em seus componentes. Isso permite a modelagem fenomenológica da capacitância de acoplamento, dependendo de onde o capacitor está colocado:
Capacitância de entrada / saída. Os pinos de entrada e saída em um circuito real (ICs) terão alguma capacitância devido à separação entre o pino e o plano de aterramento. Esses valores de capacitância são geralmente ~ 10 pF para componentes SMD pequenos. Este é um dos principais pontos a serem examinados em uma simulação de pré-layout.
Capacitância entre redes. Colocar um capacitor entre duas redes que transportam sinais de entrada modelará a diafonia entre as redes. Visualizando a rede da vítima e do agressor, você pode ver como ligar o agressor induz um sinal na vítima. Como essas capacitâncias são muito pequenas e a diafonia também depende da indutância mútua, as simulações de diafonia são normalmente realizadas apenas após o layout para a maior precisão.
Rastreie a capacitância de volta ao plano de aterramento. Mesmo que um traço seja curto, ele ainda terá capacitância parasita com relação ao plano de terra, que é responsável pela ressonância em linhas de transmissão curtas.

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