Parasiittiuutto

Loisten uuttaminen on perusta elektronisten laitteiden menestyksen optimoinnissa ja varmistamisessa. Sen avulla insinöörit voivat ennustaa ja lieventää mahdollisia ongelmia ennen kuin ne ilmenevät valmistetuissa laitteissa.

Mikä on loisten uuttaminen?

Parasiittiuutto on keskeinen prosessi elektronisessa suunnittelussa. Siihen kuuluu tahattomien, ei-ihanteellisten sähkökomponenttien tunnistaminen ja kvantifiointi, joita esiintyy luonnollisesti piirimalleissa niiden fyysisen kokoonpanon ja vuorovaikutuksen vuoksi ympäristön kanssa. Nämä ei-toivotut komponentit, jotka tunnetaan nimellä loiset, sisältävät tyypillisesti parasiittisen kapasitanssin, resistanssin ja induktanssin. Prosessi sisältää yksityiskohtaisen analyysin, joka tehdään usein kehittyneillä ohjelmistotyökaluilla, jotka pystyvät mallintamaan ja simuloimaan piirin sähkömagneettista käyttäytymistä. Nämä työkalut ennustavat, kuinka loiset voivat vaikuttaa piirin suorituskykyyn, mukaan lukien niiden vaikutukset signaalin eheyteen, ajoitukseen, virrankulutukseen ja yleiseen toimivuuteen.

Liittyvät tuotteet: Calibre xRC, Calibre xAct Parasiittiuutto, Calibre xL uutto, Caliber xACT 3D Parasiittiuutto

Ymmärrä edut

Mitä hyötyä loisten uuttamisesta on piirien suunnittelussa?

Optimoitu piirin suorituskyky

Varmista kaikkien piirin loisten tarkka mallinnus, mikä johtaa piirin optimaaliseen suorituskykyyn.

Lisääntynyt suunnitteluun liittyvä luottamus

Mahdollisten ongelmien varhainen havaitseminen ennen kuin ne kärjistyvät suuriksi piirivioiksi, mikä mahdollistaa yksityiskohtaisen purkamisen ansiosta, lisää luottamusta suunnittelun onnistumiseen.

Parannettu laitteen luotettavuus ja käyttöikä

Simuloimalla ja lieventämällä loisvaikutuksia tarkasti laitteet voivat toimia suunniteltujen spesifikaatioidensa mukaisesti vähentäen huomattavasti odottamattomia vikoja, pidentäen laitteen käyttöikää ja ylläpitämään käyttäjien luottamusta.

Piirielementit

Tässä osassa esitellään peruspiirielementit sekä esimerkki niiden toiminnallisuudesta ja sovelluksista. Peruspiirielementtejä ovat:

Kapasitanssi:

Kapasitanssi on järjestelmän kyky tallentaa sähkövaraus, kun järjestelmän kahden johtimen välillä on potentiaaliero. Käytännön piireissä tämä ominaisuus näkyy kondensaattoriksi kutsutulla komponentilla. Kondensaattorit koostuvat kahdesta tai useammasta johtavasta levystä, jotka on erotettu eristysmateriaalilla tai dielektrisellä aineella.

Toiminnallisuus: Kondensaattorit varastoivat sähköenergiaa suoraan sähköstaattisena kenttänä levyjen väliin. Ne vapauttavat energiaa purkamalla varastoidun varauksen, kun piiri sitä vaatii.
Sovellukset: Niitä käytetään yleisesti energian varastointiyksiköinä, ja ne toimivat myös suodatussovelluksissa, joissa ne tasoittavat jännitevaihteluita, resonanssipiirien virittämisessä ja sähköisten laitteiden virran hallinnassa.

Induktanssi:

Induktanssi on sähköjohtimen ominaisuus, jolla sen läpi virtaavan virran muutos indusoi sähkömotorisen voiman (jännitteen) sekä itse johtimessa (itseinduktanssi) että kaikissa lähellä olevissa johtimissa (keskinäinen induktanssi). Induktorit ovat piirikomponentteja, joilla on induktanssi, tyypillisesti koostuvat johtavan langan kelasta.

Toiminnallisuus: Induktorit vastustavat niiden läpi kulkevan virran muutoksia. Ne varastoivat energiaa magneettikentän muodossa, kun virta virtaa niiden läpi.
Sovellukset: Näitä induktoreita käytetään suodattimissa, muuntajissa ja virtalähteen säätelyssä vaihtelevien jännitteiden hallitsemiseksi.

Vastus:

Vastus on materiaalin ominaisuus, joka estää sähkövirran virtausta. Materiaalien luontainen ominaisuus, joka saa ne vastustamaan elektronien virtausta. Vastukset ovat komponentteja, joita käytetään piireissä tietyn vastuksen aikaansaamiseksi.

Toiminnallisuus: Vastukset muuntavat sähköenergian lämmöksi virran kulkiessa läpi. Ne säätelevät sähkövarausten virtausta tai säätävät signaalitasoja muiden käyttötarkoitusten joukossa.
Sovellukset: ”Vastuksia käytetään laajalti virran rajoittamiseen, jännitteiden jakamiseen ja vetämis-/alasvetosolmuihin piireissä.

Piirien yleinen yhteys voidaan tiivistää kahteen luokkaan, nimittäin:

Sarjaliitäntä: Sarjaliitäntä on sellainen, jossa komponentit on kytketty päästä päähän, joten ne kuljettavat samaa virtaa, mutta kunkin jännite voi vaihdella. Sarjan kokonaisvastus on yhtä suuri kuin yksittäisten vastusten summa.

Rinnakkaisliitäntä: Rinnakkaisliitäntä on liitäntä, jossa komponentit on kytketty samojen kahden pisteen yli, kuljettamalla mahdollisesti erilaisia virtoja, mutta samalla jännitteellä. Samanaikaisesti resistanssit ja induktanssit vähenevät, kun taas kapasitanssit kasvavat, kun lisää komponentteja lisätään.

Näiden perusominaisuuksien ymmärtäminen ja manipulointi antaa insinööreille mahdollisuuden luoda piirejä halutulla käyttäytymisellä, saavuttaa erityisiä vasteita ja varmistaa vakauden ja tehokkuuden elektronisissa sovelluksissa. Ne muodostavat perustan, josta monimutkaisia elektronisia järjestelmiä kehitetään.

Parasiittiset elementit

Parasiittiset elementit ilmenevät tahattomina komponentteina, jotka syntyvät piirien rakentamisen luontaisten fyysisten ominaisuuksien vuoksi. Näitä ovat:

Parasiittinen kapasitanssi: Tämä tapahtuu, kun vierekkäiset johtimet aiheuttavat vahingossa kapasitiivisen vaikutuksen ja varastoivat sähköenergiaa tahattomasti.

Parasiittinen induktanssi: Tämä ilmiö syntyy, kun piirit toimivat tahattomasti sähkömagneeteina ja vaikuttavat piirin virran virtaukseen.

Parasiittiresistenssi: Tämä on läsnä, kun piirin osat aiheuttavat ei-toivottua vastusta sähkövirralle, joka on samanlainen kuin kitka, joka estää liikettä.

From left to right: Representations of parasitic capacitance, parasitic inductance and parasitic resistance.

Vasemmalta oikealle: Parasiittikapasitanssin, parasiittisen induktanssin ja loisresistenssin esitykset.

Sääntöpohjaiset loisten uuttotyökalut

Sääntöpohjaiset loisten uuttotyökalut käyttävät ennalta määritettyjä sääntöjä ja algoritmeja, jotka perustuvat geometrisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin loisten vaikutusten arvioimiseksi. Nämä työkalut toimivat soveltamalla yksinkertaisia geometrisia parametreja (esim. Leveys, etäisyys) ja yhteystietoja loisten nopean arvioinnin aikaansaamiseksi. Säännöt on johdettu empiirisestä aineistosta ja sähköisistä perusperiaatteista. Ensisijainen etu on nopeus. Nämä työkalut vaativat vähemmän laskentatehoa ja voivat nopeasti käsitellä suuria piirejä, joten ne ovat ihanteellisia alustaviin tarkastuksiin ja vähemmän monimutkaisiin malleihin. Sääntöpohjaisilla työkaluilla ei tyypillisesti ole tarkkuutta korkeataajuisille tai erittäin edistyneille puolijohdemalleille, joissa ei-ihanteellinen käyttäytyminen on kriittisempää. Sopii paremmin varhaisiin suunnitteluvaiheisiin tai vähemmän kriittisiin sovelluksiin, joissa suuri nopeus ja alhaisemmat laskentakustannukset ovat etusijalla, mutta alhaisemmalla tarkkuudella.

Esimerkkityökalut: Siemensin Calibre XRC ja Calibre xACT.

Kenttäratkaisijan loisten uuttotyökalut

Kenttäratkaisijan työkalut perustuvat Maxwellin yhtälöiden ratkaisemiseen sähkömagneettisten kenttien simuloimiseksi ja tarkkojen loisarvojen saamiseksi. Nämä ratkaisijat ottavat huomioon asettelun kolmiulotteisen rakenteen ja sen materiaaliominaisuudet. Ne käyttävät yleensä numeerisia menetelmiä, kuten äärellisten elementtien menetelmää (FEM), raja-elementtimenetelmää (BEM) tai äärellistä eroa koskevaa menetelmää (FDM) erittäin tarkkojen parasiittisten arvioiden saavuttamiseksi. Tällaiset työkalut tarjoavat suuren tarkkuuden, mikä on erityisen merkittävää suurtaajuusmalleissa ja monimutkaisissa geometrioissa, joissa loisvaikutukset eivät ole triviaalisia. Tämä tapahtuu kuitenkin korkeiden laskentakustannusten kustannuksella, ja pidemmät ajoajat ovat keskeisiä rajoituksia, jotka voivat olla pullonkaula joissakin suunnitteluprosesseissa. Olennainen edistyneissä sovelluksissa (kuten RF-, analoginen ja sekasignaalimalli), joissa tarkkuus ja yksityiskohtaiset loisvaikutukset ovat ratkaisevan tärkeitä, vaikkakin korkeammilla laskentakustannuksilla.

Esimerkkityökalut: Siemensin Calibre xL ja Calibre xACT 3D.