Паразитна екстракция

Паразитната екстракция е ключов процес в електронния дизайн. Тя включва идентифициране и количествено определяне на непредвидени, неидеални електрически компоненти, които естествено се срещат в конструкциите на веригите поради тяхната физическа конфигурация и взаимодействие с околната среда. Тези нежелани компоненти, известни като паразити, обикновено включват паразитен капацитет, съпротивление и индуктивност. Процесът включва подробен анализ, често извършван от сложни софтуерни инструменти, способни да моделират и симулират електромагнитното поведение на веригата. Тези инструменти предсказват как паразитите могат да повлияят на производителността на веригата, включително техните ефекти върху целостта на сигнала, времето, консумацията на енергия и цялостната функционалност.

Свързани продукти: Calibre xRC, Паразитна екстракция на калибър Xact, Екстракция на Calibre xL, Calibre xACT 3D паразитна екстракция

Елементи на веригата

Този раздел представя основните елементи на веригата заедно с пример за тяхната функционалност и приложения. Основните елементи на веригата включват:

Капацитет:

Капацитетът е способността на системата да съхранява електрически заряд, когато съществува потенциална разлика между два проводника в системата. В практическите схеми това свойство се проявява от компонент, наречен кондензатор. Кондензаторите се състоят от две или повече проводими плочи, разделени от изолационен материал или диелектрик.

• Функционалност: Кондензаторите съхраняват електрическата енергия директно като електростатично поле между плочите. Те освобождават енергия чрез разреждане на съхранения заряд, когато веригата го изисква.
• Приложения: Обикновено използвани като устройства за съхранение на енергия, те също функционират в приложения за филтриране, където изглаждат колебанията на напрежението, при настройка на резонансни вериги и при управление на потока на мощност в електронни устройства.

Индуктивност:

Индуктивността е свойство на електрически проводник, чрез което промяна в тока, протичащ през него, индуцира електромоторна сила (напрежение) както в самия проводник (самоиндуктивност), така и във всички близки проводници (взаимна индуктивност). Индукторите са компонентите на веригата, които проявяват индуктивност, обикновено състоящи се от намотка от проводяща тел.

• Функционалност: Индукторите се противопоставят на промените в тока, преминаващ през тях. Те съхраняват енергия под формата на магнитно поле, когато през тях тече ток.
• Приложения: Тези индуктори се използват във филтри, трансформатори и регулиране на захранването за управление на колебанията на напреженията.

Съпротивление:

Съпротивлението е свойство на материал, което възпрепятства потока на електрически ток. Присъщ атрибут на материалите, който ги кара да се противопоставят на потока от електрони. Резисторите са компонентите, използвани във веригите за осигуряване на специфично съпротивление.

• Функционалност: Резисторите превръщат електрическата енергия в топлина, докато преминава токът. Те регулират потока от електрически заряди или регулират нивата на сигнала наред с други приложения.
• Приложения: „Резисторите се използват широко за ограничаване на тока, разделяне на напреженията и изтегляне/изтегляне на възли във вериги.

Общата връзка във веригите може да бъде обобщена в две категории, а именно:

Серийна връзка: Серийната връзка е тази, при която компонентите са свързани от край до край, така че те носят един и същ ток, но напрежението във всеки може да се различава. Общото съпротивление в серия е равно на сумата от отделните съпротивления.

Паралелно свързване: Паралелната връзка е връзка, при която компонентите са свързани през едни и същи две точки, носещи потенциално различни токове, но подложени на едно и също напрежение. Успоредно с това съпротивленията и индуктивността намаляват, докато капацитетите се увеличават с добавянето на повече компоненти.

Разбирането и манипулирането на тези елементарни свойства позволява на инженерите да изработват схеми с желано поведение, да постигат специфични отговори и да осигурят стабилност и ефективност в електронните приложения. Те формират основната основа, от която се разработват сложни електронни системи.

Паразитни елементи

Паразитните елементи се проявяват като неволни компоненти, които възникват поради присъщите физически атрибути на изграждането на вериги. Те включват:

Паразитен капацитет: Това се случва, когато съседните проводници по невнимание създават капацитивен ефект, съхранявайки електрическа енергия неволно.

Паразитна индуктивност: Това явление възниква, когато веригите на веригите по невнимание функционират като електромагнити, влияещи върху токовия поток на веригата.

Паразитна устойчивост: Това присъства, когато части от веригата въвеждат нежелано съпротивление на електрическия поток, аналогично на триенето, възпрепятстващо движението.

Отляво надясно: Представления на паразитен капацитет, паразитна индуктивност и паразитна резистентност.

Инструменти за извличане на паразити, базирани

Инструментите за екстракция на паразити, базирани на правила, използват предварително дефинирани правила и алгоритми, базирани на геометрични и електрически свойства, за да оценят паразитните ефекти. Тези инструменти функционират чрез прилагане на прости геометрични параметри (например ширина, разстояние) и информация за свързаност за бърза оценка на паразитите. Правилата са извлечени от емпирични данни и основни електрически принципи. Основното предимство е скоростта. Тези инструменти изискват по-малко изчислителна мощност и могат бързо да обработват големи вериги, което ги прави идеални за предварителни проверки и по-малко сложни проекти. Инструментите, базирани на правила, обикновено нямат точност за високочестотни или много усъвършенствани полупроводникови дизайни, където неидеалното поведение е по-критично. По-подходящ за ранни етапи на проектиране или по-малко критични приложения, където високата скорост и по-ниските изчислителни разходи са приоритети, но с по-ниска точност.

Примерни инструменти: калибър xRC и Calibre xACT на Сименс.

Инструменти за екстракция на паразити на полеви решения

Инструментите за решаване на полета се основават на решаването на уравненията на Максуел за симулиране на електромагнитни полета и извличане на точни паразитни стойности Тези решители разглеждат 3D структурата на оформлението и неговите материални свойства. Те обикновено използват числени методи като метод на крайни елементи (FEM), метод на граничните елементи (BEM) или метод на крайни разлики (FDM), за да постигнат високо точни паразитни оценки. Такива инструменти предлагат висока точност, особено значима при високочестотни конструкции и сложни геометрии, където паразитните ефекти са нетривиални. Това обаче е за сметка на високите изчислителни разходи и по-дългите времена на работа са ключови ограничения, които могат да бъдат пречка в някои процеси на проектиране. От съществено значение за усъвършенствани приложения (като RF, аналогови и смесени сигнали), където точността и подробните паразитни ефекти са от решаващо значение, макар и при по-висока изчислителна цена.

Примерни инструменти: Calibre xL и Calibre xACT 3D.