PCB構造のインダクタンス容量と抵抗

PCB の寄生パラメータ

EMI、または電磁干渉は、デバイスまたはシステムからの望ましくない電磁ノイズであり、隣接するデバイスまたはシステムの通常の動作に干渉します。
EMI モデリングと予測の基本的なプロセスでは、高周波回路モデルを構築するために、PCB と回路コンポーネントの寄生パラメータを抽出する必要があります。

寄生容量、寄生抵抗、寄生インダクタンス

電子設計自動化 (EDA) では、寄生抽出は、設計されたデバイスと電子回路の必要な配線相互接続の両方における寄生効果 (寄生容量、寄生抵抗、および寄生インダクタンス) の計算です。この記事では、EMS を使用してこれらの回路パラメーターを計算し、その結果を公表されているデータと比較する方法を説明します [1]。

Solidworks PCB モデル

図 1 に示す PCB 構造には、4 オンス FR4 PCB 正方形ボード上の 2 つの銅トレースと 5 ミル厚の銅グランドが含まれています。シミュレーションで使用されるいくつかのパラメータを以下に示します。すべての寸法はミル単位です。
銅の導電率=5.8 107S/m
FR4 の比誘電率=4.4

図 1 -すべての寸法がミル単位であるシミュレーションに使用される PCB 構造

静電容量計算

図 1 に示す PCB 構造の寄生容量を計算するには、静電モジュールを呼び出します。図 2 は、PCB 構造のモデルとメッシュを示しています。

図 2 - PCB 構造のモデルとメッシュ

3 つのフローティング導体

特定の導体の静電容量を考慮するために、EMS ではグランド プレーンを含むフローティング境界条件が割り当てられます。その結果、この PCB 構造には 3 つのフローティング導体、つまり左右のトレースとグランド プレーンがあります。
EMS 静電容量の結果と参照 [1] の結果を図 3 と表 1 に示します。

図 3 - EMS によって計算された寄生容量

	参考文献[1]	EMS
左側のトレースとグランド プレーン間の静電容量	-4.3047 pF	-4.3563 pF
右側のトレースとグランド プレーン間の静電容量	-4.3046 pF	-4.3552pF
2 つの銅配線間の静電容量	-0.1673 pF	-0.1825 pF

DCインダクタンスとDC抵抗の計算

図 1 に示すように、PCB 構造の DC 抵抗とインダクタンスを計算するには、EMS 静磁モジュールを呼び出します。銅配線の DC インダクタンスと DC 抵抗を計算するために、それらはコイルとしてモデル化されます。 EMS によって得られた DC インダクタンスと DC 抵抗の結果を、参考文献 [1] と比較して以下に示します。

DC ループ インダクタンスは次の式で求められます。
L_ループ= L ₁₁ +L ₂₂ - 2*M ₁₂ ;ここで、 L ₁₁ 、 L ₂₂ : 自己インダクタンス。 M ₁₂ : 相互インダクタンス

	参考文献[1]	EMS
直流抵抗	5.4304ミリオーム	5.4304ミリオーム
DC ループ インダクタンス	50.742 n ヘンリー	54.775 n ヘンリー

ACインダクタンスとAC抵抗の計算

DC インダクタンスと抵抗の計算に加えて、EMS には AC 磁気と渦電流の機能が備わっており、1Khz、2Khz、5Khz、10 KHz、 20KHz、50KHz、100KHz、200KHz、500KHz、1Mhz。

縮小モデル

導電領域のフィールドの表皮深さのサイズが小さいため、つまり 1e-005 ～ 1e-004 mm のオーダーであるため、CPU と RAM の両方に関して重要なコンピュータ リソースが必要です。したがって、図 6 に示すように、モデルの 1/20 のみがシミュレートされます。 次に、縮小モデルによって得られたインダクタンスと抵抗に 20 を掛けて、モデル全体の結果を復元します。

図 8 - EMS によって計算され、参照 [1] と比較された AC インダクタンス

結論

参考文献