如何降低 PCB 布局中的寄生电容

Question

如题所述

Answer 1

在精密的电子设计中，PCB的每一寸空间都可能孕育着微妙的电气现象。导体与绝缘体的巧妙交织形成了难以忽视的“隐形”电容器，即寄生电容，这对高频设备的性能产生了深远影响。设计者必须对这些潜在的干扰源进行细致的考量。

理解寄生电容</

寄生电容是电子战场上的隐形战士，由紧密相邻的导体共同构建，如同一个微型的能量存储器，存储着微小的电位差。计算起来，一个典型走线的电容C可以通过公式C = (kA/11.3d) pF来估算，其中k为一个常数，A为走线面积，d为走线间距。

寄生电容的魔力与挑战</

在高频环境下，寄生电容像一把双刃剑，它可能影响信号的完整性，甚至引发信号失真。这时，利用传输线时域反射(TDR)技术进行精确测量就显得尤为重要，它能揭示那些LCR表无法触及的电路内部细节。

寄生元素的差异与影响</

杂散电容，是环境感应的附加电容，它可能成为干扰的源头，扰乱信号的纯净。
寄生电阻，则是走线上的隐形电阻，对信号的传输效率造成微小但累积的影响。
而寄生电感，如同走线上的能量“仓库”，在高频下，它扮演着真实电感的角色，可能引发振荡现象。

走线电感的计算公式依赖于线的长度、宽度等参数，精确控制是关键。

优化布局，对抗寄生</

在设计过程中，我们可以采取一系列策略来降低寄生电容的影响：

精心布局</: 避免并行布线，减少信号间的相互影响。
护城河技术</: 在信号线周围创建隔离带，减少耦合效应。
电磁防护</: 法拉第屏蔽或保护环，抵挡外部干扰。
间距调整</: 增大元件间的物理距离，减小电容效应。
控制过孔</: 选择低电容率的PCB材料，并限制关键走线上的过孔数量。
组件分离</: 仔细布局，确保信号路径清晰。
材料选择</: 低介电常数材料有助于减小电容。
信号路径设计</: 确保信号层的合理布局，减少寄生路径。
层厚度控制</: 优化PCB层厚度，影响电感的分布。
阻抗匹配</: 提高信号传输的效率，减少反射。

TDR测量的力量</

尽管LCR表提供了一定的电容测量，但TDR技术的出现赋予我们更为深入的洞察力。它不仅测量总电容，还能揭示微带线上的“隐藏”电容，以及过孔带来的串联电感。通过TDR，我们可以对PCB设计进行实时反馈和优化，确保信号的纯净度和系统的稳定性。