Parazitska ekstrakcija

Ekstrakcija parazitov je ključni proces v elektronskem oblikovanju. Vključuje identifikacijo in količinsko opredelitev nenamernih, neidealnih električnih komponent, ki se naravno pojavljajo v izvedbah tokokrogov zaradi njihove fizične konfiguracije in interakcije z okoljem. Te neželene komponente, znane kot parazitiki, običajno vključujejo parazitsko kapacitivnost, upor in induktivnost. Postopek vključuje podrobno analizo, ki jo pogosto izvajajo prefinjena programska orodja, ki lahko modelirajo in simulirajo elektromagnetno vedenje vezja. Ta orodja napovedujejo, kako lahko parazitiki vplivajo na delovanje vezja, vključno z njihovimi učinki na celovitost signala, čas, porabo energije in splošno funkcionalnost.

Sorodni izdelki: Calibre xRC, Ekstrakcija parazitov Calibre xACT, Ekstrakcija Calibre xL, Calibre xACT 3D parazitska ekstrakcija

Elementi vezja

Ta razdelek predstavlja osnovne elemente vezja skupaj s primerom njihove funkcionalnosti in aplikacij. Osnovni elementi vezja vključujejo:

Kapaciteta:

Kapacitanca je sposobnost sistema, da shrani električni naboj, kadar obstaja potencialna razlika med dvema vodnikoma v sistemu. V praktičnih vezjih to lastnost kaže komponenta, imenovana kondenzator. Kondenzatorji so sestavljeni iz dveh ali več prevodnih plošč, ločenih z izolacijskim materialom ali dielektrikom.

• Funkcionalnost: Kondenzatorji shranjujejo električno energijo neposredno kot elektrostatično polje med ploščami. Energijo sproščajo tako, da izpraznjujejo shranjeni naboj, ko to zahteva vezje.
• Aplikacije: Običajno se uporabljajo kot enote za shranjevanje energije, delujejo tudi pri filtrirnih aplikacijah, kjer izravnavajo nihanja napetosti, pri uglaševanju resonančnih vezij in pri upravljanju pretoka moči v elektronskih napravah.

induktivnost:

Induktivnost je lastnost električnega prevodnika, s katero sprememba toka, ki teče skozi njega, inducira elektromotorno silo (napetost) tako v samem prevodniku (samoinduktivnost) kot v vseh bližnjih vodnikih (medsebojna induktivnost). Induktorji so komponente vezja, ki kažejo induktivnost, običajno sestavljene iz tuljave prevodne žice.

• Funkcionalnost: Induktorji se upirajo spremembam toka, ki poteka skozi njih. Energijo shranjujejo v obliki magnetnega polja, ko skozi njih teče tok.
• Aplikacije: Ti induktorji se uporabljajo v filtrih, transformatorjih in regulaciji napajanja za upravljanje nihajočih napetosti.

Odpornost:

Upor je lastnost materiala, ki ovira pretok električnega toka. Inherentni atribut materialov, zaradi katerega nasprotujejo pretoku elektronov. Upori so komponente, ki se uporabljajo v vezjih za zagotavljanje specifičnega upora.

• Funkcionalnost: Upori pretvarjajo električno energijo v toploto, ko tok prehaja skozi. Med drugimi uporabami uravnavajo pretok električnih nabojev ali prilagajajo ravni signala.
• Aplikacije: »Upori se pogosto uporabljajo za omejevanje toka, delitev napetosti in vlečne/spuščanje vozlišč v vezjih.

Splošno povezavo v vezjih lahko povzamemo v dve kategoriji, in sicer:

Serijska povezava: Serijska povezava je tista, v kateri so komponente povezane od konca do konca, zato prenašajo enak tok, vendar se napetost v vsaki lahko razlikuje. Skupni upor v nizu je enak vsoti posameznih uporov.

Vzporedna povezava: Vzporedna povezava je povezava, pri kateri so komponente povezane čez isti dve točki, ki nosijo potencialno različne tokove, vendar so podvržene isti napetosti. Vzporedno se upori in induktivnosti zmanjšujejo, medtem ko se kapacitete povečujejo, ko se doda več komponent.

Razumevanje in manipulacija s temi osnovnimi lastnostmi omogoča inženirjem, da izdelujejo vezja z želenim vedenjem, dosežejo posebne odzive ter zagotavljajo stabilnost in učinkovitost v elektronskih aplikacijah. So temeljno osnovo, iz katere se razvijajo kompleksni elektronski sistemi.

Parazitski elementi

Parazitski elementi se kažejo kot nenamerne komponente, ki nastanejo zaradi inherentnih fizičnih lastnosti konstruiranja vezij. Ti vključujejo:

Parazitska kapacitivnost: To se zgodi, ko sosednji prevodniki nenamerno ustvarijo kapacitivni učinek in nenamerno shranjujejo električno energijo.

Parazitska induktivnost: Ta pojav nastane, ko zanke vezja nenamerno delujejo kot elektromagneti in vplivajo na tok toka vezja.

Parazitska odpornost: To je prisotno, ko deli vezja vnašajo neželen upor električnemu toku, analogno trenju, ki ovira gibanje.

Od leve proti desni: Predstavitve parazitske kapacitivnosti, parazitske induktivnosti in parazitske odpornosti.

Orodja za ekstrakcijo parazitov na osnovi pravil

Orodja za ekstrakcijo parazitov, ki temeljijo na pravilih, uporabljajo vnaprej določena pravila in algoritme, ki temeljijo na geometrijskih in električnih lastnostih za oceno parazitskih učinkov. Ta orodja delujejo z uporabo preprostih geometrijskih parametrov (npr. širine, razmika) in informacij o povezljivosti za hitro oceno parazitikov. Pravila izhajajo iz empiričnih podatkov in osnovnih električnih načel. Glavna prednost je hitrost. Ta orodja zahtevajo manj računalniške moči in lahko hitro obdelajo velika vezja, zaradi česar so idealna za predhodne preglede in manj zapletene zasnove. Orodja, ki temeljijo na pravilih, običajno nimajo natančnosti za visokofrekvenčne ali zelo napredne polprevodniške zasnove, kjer je neidealno vedenje bolj kritično. Bolj primeren za zgodnje faze načrtovanja ali manj kritične aplikacije, kjer sta prednostna naloga visoka hitrost in nižji računski stroški, vendar z manjšo natančnostjo.

Primeri orodij: Siemens Calibre xRC in Calibre xACT.

Orodja za ekstrakcijo parazitov na terenu

Orodja za reševanje polj temeljijo na reševanju Maxwellovih enačb za simulacijo elektromagnetnih polj in izpeljavo natančnih parazitskih vrednosti. Ti reševalci upoštevajo 3D strukturo postavitve in njene lastnosti materiala. Za doseganje zelo natančnih ocen parazitov običajno uporabljajo numerične metode, kot so metoda končnih elementov (FEM), metoda mejnih elementov (BEM) ali metoda končnih razlik (FDM). Takšna orodja ponujajo visoko natančnost, še posebej pomembno pri visokofrekvenčnih izvedbah in zapletenih geometrijah, kjer parazitski učinki niso trivialni. To pa je na račun visokih računskih stroškov, daljši čas delovanja pa so ključne omejitve, ki so lahko ozko grlo v nekaterih procesih oblikovanja. Bistvenega pomena za napredne aplikacije (kot so RF, analogni in mešani signali), kjer sta natančnost in podrobni parazitski učinki ključnega pomena, čeprav z višjimi računalniškimi stroški.

Primer orodij: Siemens Calibre xL in Calibre xACT 3D.