如何消除高速设计中的寄生电容

关键的外卖

• 了解什么是寄生电容。

• 了解寄生电容如何影响电子电路。

• 探索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——一种生活在宿主生物上或寄生在宿主生物内的生物，以宿主的食物为食。从这个意义上说，寄生虫可能是大麻烦或导致严重的健康问题。

当然，作为PCB设计者，你可能知道另一种寄生虫——寄生电容。虽然您不必担心电路内部的生物寄生虫，但了解如何去除寄生电容可以帮助提高信号的完整性和PCB设计中的性能。

什么是寄生电容?

寄生电容是电路中元件的一种现象像电容器一样工作当它们不是物理上的电容器时。如果你重温电容的基础知识，就更容易理解寄生电容的概念。

电容器由绝缘材料隔开的两个导电元件组成。当两个导体都受到差动电势的驱动时，电荷就会在它们之间聚集起来。积聚的电荷用电容公式表示为C = q/V。

物理电容器是根据上述原理构造的，目的是在电路中有意地产生电荷存储。然而，电容也可能存在于电路的元件之间，只要元件之间在形成电荷所需的距离内。

在电路中形成的非有意电容称为寄生电容．寄生电容可以在两个导体、衬垫、导体和相邻的接地面之间产生，也可以在任何两个满足形成电荷标准的元素之间产生。当电路的各部分彼此靠近且处于两个不同的电压水平时，寄生电容的概率最大。

导体之间的寄生电容是面积和距离的关系。

上图显示了电容是如何在电路中两个导体之间产生的。当导体被放置在不同的电位水平上时，形成的电荷由以下等式决定:

C= (Ɛ×a) /d，其中Ɛ为导体之间绝缘体的介电常数。

寄生电容如何影响电路?

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，它不太可能引起任何重大问题。然而，寄生电容在高速设计中可能是一个主要问题。

随着频率的增加，电容器的行为改变，并最终起作用作为一个短路．当高速信号通过其中一个元件时，寄生电容也会产生同样的结果。

在放大器设计中，输入和输出之间形成的寄生电容会导致不必要的反馈。通常的开路路径在高频率下工作时变得导电，并引起不希望的振荡或寄生振荡在放大电路中。

寄生电容会给相邻的两个导体带来麻烦。当其中一个导体携带高频信号时，它可以引入相声对另一位指挥说。更高的寄生电容导致更高的EMI噪声．

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，寄生电容可以在导体和接地面之间形成。在高频时，这两种元件都会发生短路，从而改变导体上的信号。

如何去除寄生电容

去除内层接地面有助于减少寄生电容。

鉴于电路密度在许多PCB设计中不断增加，不可能去除寄生电容。然而，你可以通过应用这些策略来减少它的影响。

1.增加导体之间的间隙

如果可能的话，允许一个设计中轨迹之间的间隙更高．电容与导体之间的距离成反比。较大的间隙将减少寄生电容和交叉耦合等影响。

2.适当使用接地面

而一个内层地平面建议用于减少杂散电感、EMI和散热，请记住，它还可以增加寄生电容。在用接地平面覆盖整个内层之前，要考虑利弊。

3.减少通过

通孔是有用的，当构建一个紧凑的PCB，但有太多了可以引入显著的寄生电容。慎用通孔，尽量避免任何高速痕迹。

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