Parasittisk ekstraksjon

Parasittisk ekstraksjon er en nøkkelprosess i elektronisk design. Det innebærer å identifisere og kvantifisere utilsiktede, ikke-ideelle elektriske komponenter som naturlig forekommer i kretsdesign på grunn av deres fysiske konfigurasjon og interaksjon med omgivelsene. Disse uønskede komponentene, kjent som parasittiske midler, inkluderer vanligvis parasittisk kapasitans, motstand og induktans. Prosessen innebærer detaljert analyse ofte utført av sofistikerte programvareverktøy som er i stand til å modellere og simulere en krets elektromagnetiske atferd. Disse verktøyene forutsier hvordan parasitter kan påvirke kretsytelsen, inkludert deres effekter på signalintegritet, timing, strømforbruk og generell funksjonalitet.

Relaterte produkter: Calibre xRC, Calibre xACT parasittisk ekstraksjon, Caliber xL Ekstraksjon, Caliber xACT 3D parasittisk ekstraksjon

Kretselementer

Denne delen presenterer de grunnleggende kretselementene sammen med et eksempel på funksjonalitet og applikasjoner. De grunnleggende kretselementene inkluderer:

Kapasitans:

Kapasitans er evnen til et system til å lagre en elektrisk ladning når det eksisterer en potensiell forskjell mellom to ledere i systemet. I praktiske kretser vises denne egenskapen av en komponent som kalles en kondensator. Kondensatorer består av to eller flere ledende plater atskilt av et isolerende materiale eller dielektrikum.

• Funksjonalitet: Kondensatorer lagrer elektrisk energi direkte som et elektrostatisk felt mellom platene. De frigjør energi ved å tømme den lagrede ladningen når kretsen krever det.
• Applikasjoner: Vanligvis brukt som energilagringsenheter, fungerer de også i filtreringsapplikasjoner der de jevner ut spenningssvingninger, i innstilling av resonanskretser og i styring av strømstrøm i elektroniske enheter.

induktans:

Induktans er en egenskap til en elektrisk leder der en endring i strøm som strømmer gjennom den induserer en elektromotorisk kraft (spenning) i både lederen selv (selvinduktans) og i eventuelle nærliggende ledere (gjensidig induktans). Induktorer er kretskomponentene som viser induktans, vanligvis bestående av en spole av ledende ledning.

• Funksjonalitet: Induktorer motstår endringer i strømmen som går gjennom dem. De lagrer energi i form av et magnetfelt når strøm strømmer gjennom dem.
• Applikasjoner: Disse induktorene brukes i filtre, transformatorer og strømforsyningsregulering for å håndtere svingende spenninger.

Motstand:

Motstand er en egenskap av et materiale som hindrer strømmen av elektrisk strøm. En iboende egenskap av materialer som får dem til å motsette seg strømmen av elektroner. Motstander er komponentene som brukes i kretser for å gi en spesifikk motstand.

• Funksjonalitet: Motstander konverterer elektrisk energi til varme når strømmen passerer gjennom. De regulerer strømmen av elektriske ladninger eller justerer signalnivåer blant andre bruksområder.
• Applikasjoner: «Motstander er mye brukt til å begrense strøm, dele spenninger og pullup/nedtrekksnoder i kretser.

Den generelle forbindelsen i kretser kan oppsummeres i to kategorier, nemlig:

Seriekobling: En seriekobling er en der komponentene er koblet ende-til-ende, slik at de bærer samme strøm, men spenningen over hver kan variere. Total motstand i en serie er lik summen av de individuelle motstandene.

Parallell tilkobling: En parallellforbindelse er en forbindelse der komponentene er koblet over de samme to punktene, som bærer potensielt forskjellige strømmer, men utsatt for samme spenning. Parallelt reduseres motstander og induktanser mens kapasitanser øker etter hvert som flere komponenter legges til.

Å forstå og manipulere disse elementære egenskapene gjør at ingeniører kan lage kretser med ønsket atferd, oppnå spesifikke svar og sikre stabilitet og effektivitet i elektroniske applikasjoner. De danner grunnlaget som komplekse elektroniske systemer utvikles fra.

Parasittiske elementer

Parasittiske elementer manifesterer seg som utilsiktede komponenter som dukker opp på grunn av de iboende fysiske egenskapene til å konstruere kretser. Disse inkluderer:

Parasittisk kapasitans: Dette skjer når tilstøtende ledere utilsiktet skaper en kapasitiv effekt og lagrer elektrisk energi utilsiktet.

Parasittisk induktans: Dette fenomenet oppstår når kretsløkker utilsiktet fungerer som elektromagneter, og påvirker kretsens strømstrøm.

Parasittisk motstand: Dette er tilstede når deler av kretsen innfører uønsket motstand mot elektrisk strømning, analogt med friksjonshindrende bevegelse.

Fra venstre til høyre: Representasjoner av parasittisk kapasitans, parasittisk induktans og parasittisk motstand.

Regelbaserte parasittiske ekstraksjonsverktøy

Regelbaserte parasittiske ekstraksjonsverktøy bruker forhåndsdefinerte regler og algoritmer basert på geometriske og elektriske egenskaper for å estimere parasittiske effekter. Disse verktøyene fungerer ved å bruke enkle geometriske parametere (f.eks. Bredde, avstand) og tilkoblingsinformasjon for å estimere parasitter raskt. Reglene er avledet fra empiriske data og grunnleggende elektriske prinsipper. Den viktigste fordelen er hastighet. Disse verktøyene krever mindre beregningskraft og kan raskt behandle store kretser, noe som gjør dem ideelle for foreløpige kontroller og mindre komplekse design. Regelbaserte verktøy mangler vanligvis nøyaktigheten for høyfrekvente eller svært avanserte halvlederdesign, der ikke-ideell atferd er mer kritisk. Bedre egnet for tidlige designstadier eller mindre kritiske applikasjoner der høy hastighet og lavere beregningskostnader er prioritert, men med lavere nøyaktighet.

Eksempelverktøy: Siemens Calibre XRC og Calibre xACT.

Feltløserparasittekstraksjonsverktøy

Feltløserverktøy er basert på å løse Maxwells ligninger for å simulere elektromagnetiske felt og utlede nøyaktige parasittiske verdier. Disse løsere vurderer 3D-strukturen til layouten og dens materialegenskaper. De bruker vanligvis numeriske metoder som Finite Element Method (FEM), Boundary Element Method (BEM) eller Finite Difference Method (FDM) for å oppnå svært nøyaktige parasittiske estimater. Slike verktøy gir høy nøyaktighet, spesielt viktig i høyfrekvente design og komplekse geometrier der parasittiske effekter er ikke-trivielle. Dette er imidlertid på bekostning av høye beregningskostnader, og lengre kjøretider er viktige begrensninger, noe som kan være en flaskehals i noen designprosesser. Viktig for avanserte applikasjoner (som RF-, analog- og blandede signaldesign), der nøyaktighet og detaljerte parasittiske effekter er avgjørende, om enn til en høyere beregningskostnad.

Eksempelverktøy: Siemens Calibre xL og Calibre xACT 3D.