Extraction parasitaire

L'extraction parasitaire est un processus clé de la conception électronique. Cela implique d'identifier et de quantifier les composants électriques imprévus et non idéaux qui apparaissent naturellement dans la conception des circuits en raison de leur configuration physique et de leur interaction avec leur environnement. Ces composants indésirables, appelés parasites, incluent généralement la capacité, la résistance et l'inductance parasites. Le processus implique une analyse détaillée, souvent effectuée par des outils logiciels sophistiqués capables de modéliser et de simuler le comportement électromagnétique d'un circuit. Ces outils prédisent l'impact des parasites sur les performances des circuits, notamment leurs effets sur l'intégrité du signal, la synchronisation, la consommation d'énergie et les fonctionnalités générales.

Produits connexes : Calibre xRc, Extraction parasitaire Calibre xAct, Extraction Calibre xL, Extraction parasitaire Calibre xAct 3D

Éléments du circuit

Cette section présente les éléments de base du circuit ainsi qu'un exemple de leurs fonctionnalités et de leurs applications. Les éléments de base du circuit sont les suivants :

Capacité:

La capacité est la capacité d'un système à stocker une charge électrique lorsqu'il existe une différence de potentiel entre deux conducteurs du système. Dans les circuits pratiques, cette propriété est démontrée par un composant appelé condensateur. Les condensateurs sont constitués de deux plaques conductrices ou plus séparées par un matériau isolant ou un diélectrique.

• Fonctionnalité: Les condensateurs stockent l'énergie électrique directement sous forme de champ électrostatique entre les plaques. Ils libèrent de l'énergie en déchargeant la charge stockée lorsque le circuit l'exige.
• Candidatures: Couramment utilisés comme unités de stockage d'énergie, ils fonctionnent également dans les applications de filtrage où ils atténuent les fluctuations de tension, pour régler les circuits résonnants et pour gérer le flux d'énergie des appareils électroniques.

Inductance:

L'inductance est une propriété d'un conducteur électrique selon laquelle une variation du courant qui le traverse induit une force électromotrice (tension) à la fois dans le conducteur lui-même (auto-inductance) et dans tous les conducteurs voisins (inductance mutuelle). Les inducteurs sont les composants du circuit qui présentent une inductance, généralement constitués d'une bobine de fil conducteur.

• Fonctionnalité: Les inducteurs résistent aux variations du courant qui les traverse. Ils stockent de l'énergie sous forme de champ magnétique lorsque le courant les traverse.
• Candidatures: Ces inducteurs sont utilisés dans les filtres, les transformateurs et la régulation de l'alimentation électrique afin de gérer les fluctuations de tension.

Résistance:

La résistance est une propriété d'un matériau qui empêche la circulation du courant électrique. Une caractéristique inhérente aux matériaux qui les amène à s'opposer au flux d'électrons. Les résistances sont les composants utilisés dans les circuits pour fournir une résistance spécifique.

• Fonctionnalité: Les résistances convertissent l'énergie électrique en chaleur lorsque le courant passe. Ils régulent le flux de charges électriques ou ajustent le niveau du signal, entre autres utilisations.
• Candidatures: « Les résistances sont largement utilisées pour limiter le courant, diviser les tensions et créer des nœuds de pull-up/pull-down dans les circuits.

La connexion générale dans les circuits peut être résumée en deux catégories, à savoir :

Connexion à la série : Une connexion en série est une connexion dans laquelle les composants sont connectés bout à bout. Ils transportent donc le même courant mais la tension aux bornes de chacun peut différer. La résistance totale d'une série est égale à la somme des résistances individuelles.

Connexion parallèle : Une connexion en parallèle est une connexion dans laquelle les composants sont connectés aux deux mêmes points, avec des courants potentiellement différents mais soumis à la même tension. Parallèlement, les résistances et les inductances diminuent tandis que les capacités augmentent à mesure que de nouveaux composants sont ajoutés.

Comprendre et manipuler ces propriétés élémentaires permet aux ingénieurs de créer des circuits présentant les comportements souhaités, d'obtenir des réponses spécifiques et de garantir la stabilité et l'efficacité des applications électroniques. Ils constituent la base à partir de laquelle des systèmes électroniques complexes sont développés.

Éléments parasites

Les éléments parasites se manifestent par des composants involontaires qui apparaissent en raison des caractéristiques physiques inhérentes à la construction de circuits. Il s'agit notamment de :

Capacité parasite: Cela se produit lorsque des conducteurs adjacents créent par inadvertance un effet capacitif, emmagasinant de l'énergie électrique de manière involontaire.

Inductance parasitaire: Ce phénomène se produit lorsque des boucles de circuits fonctionnent par inadvertance comme des électroaimants, influençant ainsi le flux de courant du circuit.

Résistance aux parasites: Cela se produit lorsque certaines parties du circuit présentent une résistance indésirable au flux électrique, de la même manière que la friction entrave les mouvements.

De gauche à droite : Représentations de la capacité parasite, de l'inductance parasite et de la résistance parasitaire.

Outils d'extraction parasitaire basés sur des règles

Les outils d'extraction de parasites basés sur des règles utilisent des règles et des algorithmes prédéfinis basés sur des propriétés géométriques et électriques pour estimer les effets des parasites. Ces outils fonctionnent en appliquant des paramètres géométriques simples (par exemple, la largeur, l'espacement) et des informations de connectivité pour estimer rapidement les parasites. Les règles sont dérivées de données empiriques et de principes électriques de base. Le principal avantage, c'est la rapidité. Ces outils nécessitent moins de puissance de calcul et peuvent traiter rapidement de grands circuits, ce qui les rend idéaux pour les contrôles préliminaires et les conceptions moins complexes. Les outils basés sur des règles n'ont généralement pas la précision nécessaire pour les conceptions de semi-conducteurs à haute fréquence ou très avancées, où les comportements non idéaux sont plus critiques. Mieux adapté aux premières étapes de conception ou aux applications moins critiques où la rapidité et la réduction des coûts de calcul sont prioritaires, mais avec une moindre précision.

Exemples d'outils : Calibre xRc et Calibre xAct de Siemens.

Outils d'extraction parasitaire Field Solver

Les outils de résolution de champs sont basés sur la résolution des équations de Maxwell pour simuler les champs électromagnétiques et obtenir des valeurs parasites précises. Ces solveurs prennent en compte la structure 3D de la mise en page et les propriétés de ses matériaux. Ils utilisent généralement des méthodes numériques telles que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des éléments limites (BEM) ou la méthode des différences finies (FDM) pour obtenir des estimations parasitaires très précises. Ces outils offrent une grande précision, particulièrement dans les conceptions à haute fréquence et les géométries complexes où les effets parasites ne sont pas négligeables. Cela se fait toutefois au détriment de coûts de calcul élevés, et les durées d'exécution plus longues sont les principales limites, ce qui peut constituer un goulot d'étranglement dans certains processus de conception. Essentiel pour les applications avancées (telles que les conceptions RF, analogiques et à signaux mixtes), où la précision et la précision des effets parasites sont cruciaux, mais à un coût de calcul plus élevé.

Exemples d'outils : Calibre xL et Calibre xAct 3D de Siemens.