技术资讯 | 在高速设计中如何消除寄生电容？

 

寄生电容的定义
 

寄生电容影响电路机理

消除寄生电容的方法

 

当你想到寄生虫时，你可能会想到生物学上的定义——一种生活在宿主身上或在宿主体内的有机体，从宿主身上吸取食物。 从这个意义上说，寄生虫可能是巨大的麻烦或导致严重的健康问题。 
当然，作为一个PCB设计人员，您可能知道另一种寄生虫—寄生电容。 虽然您不必担心电路中的生物寄生，但了解如何消除寄生电容可以帮助提高PCB设计中的信号完整性和性能。 

什么是寄生电容？

 

寄生电容是一种现象，即电路中的元件在物理上不是电容时表现得像电容。 如果回顾一下电容的基础知识，就更容易理解寄生电容的概念。 电容器由被绝缘材料隔开的两个导电元件组成。 当两个导体都受到差电位的驱动时，电荷就在它们之间积累起来。 积聚的电荷用电容表示，公式为C = q/V。 物理电容器是根据上述原理构造的，目的是有意地在电路中储存电荷。 然而，电容也可能存在于电路的元件之间，只要元件之间的距离符合形成电荷的要求。 电路中形成的非预期电容称为寄生电容。 寄生电容可以在两个导体、衬垫、导体和相邻地平面之间，或任何两个满足电荷积聚标准的元素之间产生。 当电路的各部分相互接近且电压水平不同时，寄生电容的可能性最大。 

 

导体间寄生电容是面积与距离的关系

上图显示了电路中两个导体之间的电容是如何产生的。 当导体被置于不同的电位水平时，所积聚的电荷由下式决定:  C= (Ɛ×a) /d，其中Ɛ为导体之间绝缘体的介电常数。  

 

寄生电容影响电路的机理?  

 

在高频时，寄生电容会导致短路。
寄生电容很可能存在于电路中，对于低频设计，它不太可能造成重大的问题。 然而，寄生电容在高速设计中可能就必须被重视。 随着频率的增加，电容的行为发生变化，最后，可能会形成一个短路的行为。 当高速信号通过一个元件时，寄生电容也会产生同样的效果。 在放大器设计中，在输入和输出之间形成的寄生电容可能导致不必要的反馈。 通常的开路电路在高频工作时变得导电，并在放大器电路中引起不必要的振荡或寄生振荡。  寄生电容对于两个相邻的导体来说是很麻烦的。 当其中一个导体携带高频信号时，它会给另一个导体带来串扰。 寄生电容越大，EMI噪声越大。  寄生电容不仅会产生干扰，还会影响信号本身的完整性。 例如，寄生电容可以建立在导体和地平面之间。 在高频时，两个元件都趋向于短路，并将改变导体上的信号。 

 

消除寄生电容的方法？

 

 去除内地层，有助于降低寄生电容 

考虑到在许多PCB设计中电路密度持续增加，消除寄生电容是不可能的。 但是，您可以通过应用这些策略来减少它的影响。 

01

增加导体之间的间隙

 

如果可能的话，在设计中使得布线之间保持尽量宽的间隙。 这是因为，电容与导体之间的距离成反比。 较宽的间隙将降低寄生电容和交叉耦合等影响。 

02

适当的使用地平面

 

建议使用内层接地面，以减少杂散电感、EMI和散热，但请记住，它也可能增加寄生电容。 在用地平面覆盖整个内层之前，需要考虑一下利弊。 

03

减少过孔

 

在构建紧凑的PCB时，过孔是有用的，但过孔过多会引入显著的寄生电容。 少用过孔，并尽量避免任何高速线上打过孔。  

 

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