Parasitisk ekstraktion

Parasitisk ekstraktion er en nøgleproces i elektronisk design. Det indebærer at identificere og kvantificere utilsigtede, ikke-ideelle elektriske komponenter, der naturligt forekommer i kredsløbsdesign på grund af deres fysiske konfiguration og interaktion med deres miljø. Disse uønskede komponenter, kendt som parasitika, omfatter typisk parasitisk kapacitans, modstand og induktans. Processen involverer detaljeret analyse, der ofte udføres af sofistikerede softwareværktøjer, der er i stand til at modellere og simulere et kredsløbs elektromagnetiske adfærd. Disse værktøjer forudsiger, hvordan parasitter kan påvirke kredsløbets ydeevne, herunder deres virkninger på signalintegritet, timing, strømforbrug og overordnet funktionalitet.

Relaterede produkter: Calibre xRC, Calibre xACT parasitisk ekstraktion, Caliber xL Ekstraktion, Caliber xACT 3D parasitisk ekstraktion

Kredsløbselementer

Dette afsnit præsenterer de grundlæggende kredsløbselementer sammen med et eksempel på deres funktionalitet og applikationer. De grundlæggende kredsløbselementer omfatter:

Kapacitans:

Kapacitans er et systems evne til at lagre en elektrisk ladning, når der er en potentiel forskel mellem to ledere i systemet. I praktiske kredsløb udstilles denne egenskab af en komponent kaldet en kondensator. Kondensatorer består af to eller flere ledende plader adskilt af et isolerende materiale eller dielektrikum.

• Funktionalitet: Kondensatorer lagrer elektrisk energi direkte som et elektrostatisk felt mellem pladerne. De frigiver energi ved at aflade den lagrede ladning, når kredsløbet kræver det.
• Ansøgninger: Almindeligt brugt som energilagringsenheder fungerer de også i filtreringsapplikationer, hvor de udjævner spændingsudsving, i tuning af resonanskredsløb og til styring af strømstrøm i elektroniske enheder.

induktans:

Induktans er en egenskab ved en elektrisk leder, hvorved en ændring i strøm, der strømmer gennem den, inducerer en elektromotorisk kraft (spænding) i både selve lederen (selvinduktans) og i eventuelle nærliggende ledere (gensidig induktans). Induktorer er kredsløbskomponenterne, der udviser induktans, typisk bestående af en spole af ledende ledning.

• Funktionalitet: Induktorer modstår ændringer i strømmen, der passerer gennem dem. De lagrer energi i form af et magnetfelt, når strømmen strømmer gennem dem.
• Ansøgninger: Disse induktorer bruges i filtre, transformere og strømforsyningsregulering til at styre svingende spændinger.

Modstand:

Modstand er en egenskab ved et materiale, der forhindrer strømmen af elektrisk strøm. En iboende egenskab af materialer, der får dem til at modsætte sig strømmen af elektroner. Modstande er de komponenter, der bruges i kredsløb til at tilvejebringe en specifik modstand.

• Funktionalitet: Modstande konverterer elektrisk energi til varme, når strømmen passerer igennem. De regulerer strømmen af elektriske ladninger eller justerer signalniveauer blandt andre anvendelser.
• Ansøgninger: „Modstande bruges i vid udstrækning til at begrænse strøm, opdele spændinger og pullup/pull-down-noder i kredsløb.

Den generelle forbindelse i kredsløb kan opsummeres i to kategorier, nemlig:

Serieforbindelse: En serieforbindelse er en, hvor komponenterne er forbundet ende-til-ende, så de bærer den samme strøm, men spændingen på tværs af hver kan variere. Total modstand i en serie er lig med summen af de enkelte modstande.

Parallelforbindelse: En parallel forbindelse er en forbindelse, hvor komponenterne er forbundet på tværs af de samme to punkter, der bærer potentielt forskellige strømme, men udsat for den samme spænding. Parallelt falder modstande og induktanser, mens kapacitanser øges, efterhånden som flere komponenter tilføjes.

At forstå og manipulere disse elementære egenskaber giver ingeniører mulighed for at skabe kredsløb med ønsket adfærd, opnå specifikke svar og sikre stabilitet og effektivitet i elektroniske applikationer. De danner det grundlæggende grundlag, hvorfra komplekse elektroniske systemer udvikles.

Parasitiske elementer

Parasitiske elementer manifesterer sig som utilsigtede komponenter, der opstår på grund af de iboende fysiske egenskaber ved konstruktion af kredsløb. Disse omfatter:

Parasitisk kapacitans: Dette sker, når tilstødende ledere utilsigtet skaber en kapacitiv effekt, der utilsigtet lagrer elektrisk energi.

Parasitisk induktans: Dette fænomen opstår, når kredsløbssløjfer utilsigtet fungerer som elektromagneter, hvilket påvirker kredsløbets strømstrøm.

Parasitisk modstand: Dette er til stede, når dele af kredsløbet introducerer uønsket modstand mod elektrisk strøm, analogt med friktionshæmmende bevægelse.

Fra venstre mod højre: Repræsentationer af parasitisk kapacitans, parasitisk induktans og parasitisk modstand.

Regelbaserede parasitiske ekstraktionsværktøjer

Regelbaserede parasitiske ekstraktionsværktøjer bruger foruddefinerede regler og algoritmer baseret på geometriske og elektriske egenskaber til at estimere parasitære effekter. Disse værktøjer fungerer ved at anvende enkle geometriske parametre (f.eks. Bredde, afstand) og forbindelsesinformation for hurtigt at estimere parasitter. Reglerne er afledt af empiriske data og grundlæggende elektriske principper. Den primære fordel er hastighed. Disse værktøjer kræver mindre beregningskraft og kan hurtigt behandle store kredsløb, hvilket gør dem ideelle til foreløbige kontroller og mindre komplekse designs. Regelbaserede værktøjer mangler typisk nøjagtigheden for højfrekvente eller meget avancerede halvlederdesign, hvor ikke-ideel adfærd er mere kritisk. Bedre egnet til tidlige designfaser eller mindre kritiske applikationer, hvor høj hastighed og lavere beregningsomkostninger er prioriterede, men med lavere nøjagtighed.

Eksempelværktøjer: Siemens' Calibre XRC og Caliber xACT.

Feltløserparasitiske ekstraktionsværktøjer

Feltløsningsværktøjer er baseret på at løse Maxwells ligninger for at simulere elektromagnetiske felter og udlede nøjagtige parasitiske værdier. Disse løsere overvejer layoutets 3D-struktur og dets materialeegenskaber. De anvender generelt numeriske metoder såsom Finite Element Method (FEM), Boundary Element Method (BEM) eller Finite Difference Method (FDM) for at opnå meget nøjagtige parasitiske estimater. Sådanne værktøjer tilbyder høj nøjagtighed, især signifikant i højfrekvente design og komplekse geometrier, hvor parasitære effekter er ikke-trivielle. Dette sker dog på bekostning af høje beregningsomkostninger, og længere driftstider er nøglebegrænsninger, hvilket kan være en flaskehals i nogle designprocesser. Vigtigt for avancerede applikationer (som RF-, analog- og blandede signaldesign), hvor nøjagtighed og detaljerede parasitære effekter er afgørende, omend til en højere beregningsomkostning.

Eksempelværktøjer: Siemens' Calibre xL og Calibre xACT 3D.