Parazitická extrakcia

Parazitická extrakcia je kľúčovým procesom v elektronickom dizajne. Zahŕňa identifikáciu a kvantifikáciu nezamýšľaných, neideálnych elektrických komponentov, ktoré sa prirodzene vyskytujú v dizajnoch obvodov v dôsledku ich fyzickej konfigurácie a interakcie s ich prostredím. Tieto nežiaduce zložky, známe ako parazitiká, zvyčajne zahŕňajú parazitickú kapacitu, odpor a indukčnosť. Tento proces zahŕňa podrobnú analýzu, ktorá sa často vykonáva sofistikovanými softvérovými nástrojmi schopnými modelovať a simulovať elektromagnetické správanie obvodu. Tieto nástroje predpovedajú, ako môžu parazity ovplyvniť výkon obvodu vrátane ich účinkov na integritu signálu, načasovanie, spotrebu energie a celkovú funkčnosť.

Súvisiace produkty: Calibre xRC, Parazitická extrakcia Calibre xACT, Extrakcia Calibre xL, Calibre xACT 3D parazitárna extrakcia

Prvky obvodu

Táto časť predstavuje základné prvky obvodu spolu s príkladom ich funkčnosti a aplikácií. Medzi základné prvky obvodu patria:

Kapacita:

Kapacita je schopnosť systému ukladať elektrický náboj, keď existuje potenciálny rozdiel medzi dvoma vodičmi v systéme. V praktických obvodoch je táto vlastnosť vykazovaná komponentom nazývaným kondenzátor. Kondenzátory pozostávajú z dvoch alebo viacerých vodivých dosiek oddelených izolačným materiálom alebo dielektrikom.

• Funkčnosť: Kondenzátory ukladajú elektrickú energiu priamo ako elektrostatické pole medzi doskami. Uvoľňujú energiu vybitím uloženého náboja, keď to obvod vyžaduje.
• Aplikácie: Bežne sa používajú ako jednotky na akumuláciu energie a fungujú aj vo filtračných aplikáciách, kde vyhladzujú výkyvy napätia, pri ladení rezonančných obvodov a pri riadení toku energie v elektronických zariadeniach.

indukčnosť:

Indukčnosť je vlastnosť elektrického vodiča, ktorou zmena prúdu pretekajúceho ním indukuje elektromotorickú silu (napätie) tak v samotnom vodiči (samoindukčnosť), ako aj v akýchkoľvek blízkych vodičoch (vzájomná indukčnosť). Induktory sú komponenty obvodu, ktoré vykazujú indukčnosť, zvyčajne pozostávajúce z cievky vodivého drôtu.

• Funkčnosť: Induktory odolávajú zmenám prúdu, ktorý nimi prechádza. Keď cez ne prúdi prúd, ukladajú energiu vo forme magnetického poľa.
• Aplikácie: Tieto induktory sa používajú vo filtroch, transformátoroch a regulácii napájania na riadenie kolísavých napätí.

Odolnosť:

Odpor je vlastnosť materiálu, ktorý bráni toku elektrického prúdu. Neodmysliteľný atribút materiálov, ktorý spôsobuje, že sú proti toku elektrónov. Rezistory sú komponenty používané v obvodoch na zabezpečenie špecifického odporu.

• Funkčnosť: Rezistory premieňajú elektrickú energiu na teplo, keď prúd prechádza. Regulujú tok elektrických nábojov alebo okrem iného upravujú úrovne signálu.
• Aplikácie: „Rezistory sa široko používajú na obmedzenie prúdu, rozdelenie napätia a ťahania/sťahovacích uzlov v obvodoch.

Všeobecné spojenie v obvodoch možno zhrnúť do dvoch kategórií, a to:

Sériové pripojenie: Sériové pripojenie je také, v ktorom sú komponenty pripojené od konca do konca, takže nesú rovnaký prúd, ale napätie v každom z nich sa môže líšiť. Celkový odpor v sérii sa rovná súčtu jednotlivých odporov.

Paralelné pripojenie: Paralelné spojenie je spojenie, v ktorom sú komponenty spojené cez rovnaké dva body, prenášajúce potenciálne odlišné prúdy, ale vystavené rovnakému napätiu. Paralelne klesajú odpory a indukcie, zatiaľ čo kapacity sa zvyšujú, keď sa pridávajú ďalšie komponenty.

Pochopenie a manipulácia s týmito základnými vlastnosťami umožňuje inžinierom vytvárať obvody s požadovaným správaním, dosiahnuť špecifické reakcie a zabezpečiť stabilitu a účinnosť v elektronických aplikáciách. Tvoria základný základ, z ktorého sa vyvíjajú komplexné elektronické systémy.

Parazitické prvky

Parazitické prvky sa prejavujú ako neúmyselné zložky, ktoré sa objavujú v dôsledku inherentných fyzikálnych atribútov konštrukcie obvodov. Patria sem:

Parazitická kapacita: K tomu dochádza, keď susedné vodiče neúmyselne vytvárajú kapacitný efekt a neúmyselne ukladajú elektrickú energiu.

Parazitická indukčnosť: Tento jav vzniká, keď slučky obvodov neúmyselne fungujú ako elektromagnety a ovplyvňujú prúdový tok obvodu.

Parazitárna rezistencia: Toto je prítomné, keď časti obvodu predstavujú nežiaduci odpor elektrickému toku, analogicky ako trenie bráni pohybu.

Zľava doprava: Reprezentácie parazitickej kapacity, parazitárnej indukčnosti a parazitickej rezistencie.

Nástroje na extrakciu parazitov založené na pravidlách

Nástroje na extrakciu parazitov založené na pravidlách používajú na odhad parazitárnych účinkov vopred definované pravidlá a algoritmy založené na geometrických a elektrických vlastnostiach. Tieto nástroje fungujú použitím jednoduchých geometrických parametrov (napr. šírky, rozstupu) a informácií o pripojení na rýchly odhad parazitov. Pravidlá sú odvodené z empirických údajov a základných elektrických princípov. Hlavnou výhodou je rýchlosť. Tieto nástroje vyžadujú menší výpočtový výkon a dokážu rýchlo spracovať veľké obvody, vďaka čomu sú ideálne pre predbežné kontroly a menej zložité návrhy. Nástroje založené na pravidlách zvyčajne chýbajú presnosť pre vysokofrekvenčné alebo veľmi pokročilé konštrukcie polovodičov, kde je neideálne správanie kritickejšie. Lepšie sa hodí pre skoré fázy návrhu alebo menej kritické aplikácie, kde sú prioritou vysoká rýchlosť a nižšie výpočtové náklady, ale s nižšou presnosťou.

Príklady nástrojov: Siemens Calibre xRC a Calibre xACT.

Nástroje na extrakciu parazitov v teréne

Nástroje na riešenie poľa sú založené na riešení Maxwellových rovníc na simuláciu elektromagnetických polí a odvodenie presných parazitických hodnôt. Títo riešitelia berú do úvahy 3D štruktúru usporiadania a jeho materiálové vlastnosti. Na dosiahnutie vysoko presných odhadov parazitov spravidla používajú numerické metódy, ako je metóda konečných prvkov (FEM), metóda hraničných prvkov (BEM) alebo metóda konečných rozdielov (FDM). Takéto nástroje ponúkajú vysokú presnosť, obzvlášť významnú vo vysokofrekvenčných konštrukciách a zložitých geometriách, kde parazitické účinky nie sú triviálne. Je to však na úkor vysokých výpočtových nákladov a dlhšie doby prevádzky sú kľúčovými obmedzeniami, ktoré môžu byť prekážkou v niektorých procesoch navrhovania. Nevyhnutné pre pokročilé aplikácie (ako sú RF, analógové a zmiešané signály), kde sú presnosť a podrobné parazitické účinky rozhodujúce, aj keď pri vyšších výpočtových nákladoch.

Príklady nástrojov: Siemens Calibre xL a Calibre xACT 3D.