PCB多层电路板厂家(深圳市汇合电路有限公司)是专业的PCB制造厂商,在深圳和江西拥有两家全资子公司:深圳汇合精密以及江西信丰汇和电路有限公司,并且在多个城市设立了分支机构。关于电路的电性等效模型你知道多少?
电路的电性等效模型与电子材料的介电常数εr,传播路径的长度L,信号的上升时间 Tr,及传播速度Vp有关。不同的材料和尺寸结构会在不同的信号速度情况下进入不同的电性等效模型。电路的电性等效模型可以分为全波模型、离散模型、集总模型和直流模型四种形式。
1.全波模型
在麦克斯韦方程式中,是假设电磁波在一个无限大的平面上行进的,其中电场指向X方向,而磁场指向:V方向,整个电磁波往Z方向行进,其传播速度为光速,阻抗是电场对磁场的比值,在自由空间里为377Ω。当此平面波碰到一个高传导的物体时,传播的方向会随即发生改变,因此如果适当地调整传播的物体,则平面波可以导入一个传输线里,称为“全波模型”。
在“全波模型”中,电缆电线变成了电磁场;接地层变成了电磁场,并产生了天线/谐振效应;分布效应隐含在解方程式里;在介电材料里形成了电磁场;趋肤效应完全显现出来了;有源元件变成了二维和三维等效电路。
可以选择“边际条件”用代表实际物体的几何结构及所使用的材料,来解“全波模型”的麦克斯韦方程式。但实际情况是即使是非常简单的结构体,都很难解出麦克斯韦方程式。解决的办法是引进电路理论的概念来取代麦克斯韦方程式的解答,同时通过各种假设使得电路理论变得比麦克斯韦方程式更容易“数学化”。
不过在利用麦克斯韦方程式分析电路的电性行为时,可以预测天线效应、接地层的谐振,以及趋肤效应,这是传统的电路理论很难做到的。
2.离散模型
“离散模型”用传输线模型来表示。为了简化数学模型,用电容来描述电能,用电感来表示磁能,用电阻来代表转换为热的能量损耗。这些R、L、C组件被定义成没有实际尺寸,并且是用导线将它们串接起来的,同时它们不会造成损耗及延迟。利用这些电路组件,就可以不再需要麦克斯韦方程式和边际条件,而直接描述一个理想传输线的结构了。基本的传输线结构如图10-3所示,理论上,它是由无限多的RLC网络所组成的,然而为了计算方便,通常选择有限个RLC网络来代表它。
在理想传输线的结构中,假设每个RLC网络的延迟时间远小于信号的波长或上升时间。必须注意的是,解麦克斯韦方程式就可以预佔出趋肤效应或分布效应,而使用这种传输线模型是没有办法预估出趋肤效皮或离散效应的。
在“离散模型”中,电缆电线变成了许多个RLC网络;接地层变成了二维的离散RLC网络;分布效应变成了离散RLC网络;趋肤效应部分显现;有源元件变成了二维等效电路。
元器件的儿何结构尺寸越小,越不容易进入“离散模型”领域。例如,对于PCB,只要信号的上升时间小于l0ns,它就会进入“离散模型”领域;而对于尺寸小的芯片,上升时间必须低至0.2ns以内,它才会进入“离散模型”领域。
3.集总模型
“集总模型”可以用只有一个RLC网络的传输线模型来表示。在“集总模型”的环境里,传输线的整体传输延迟时间比信号的上升时间小很多,电磁波的波长远大于电路的物理尺寸。
随着上升吋间(ljis〜0.2ns)的逐渐增加,电路中的“米勒电容”(Millercapacitor)效应幵始出现。由IC封装和接线所产生的电容和电感分布效应开始会逐渐影响信号的上升时间。IC封装的地端参考点连接到PCB地端接线所产生的电感(IC封装的common到ground间的屯感量)则会造成“地弹”的现象。对于PCB上的通路,需要考虑杂散的电容和电感的影响。PCB的接地层可以等效为一个RC网络。电缆和电线可以等效为个RLC网络。这时的电路可以用“集总模型”来效。在“集总模型”里,所有的导线和通路可以不考虑传播延迟产生的问题,但需要考虑分布效应的影响。
“集总模型”和“离散模型”对于高速数字系统的设计人员而言,是两个较为重要的等效模型。通常设计人员会尽可能设法让电路留在“集总模型”领域,如果电路进入“离散模型”领域,则需要增加许多改善措施来消除“离散模型”所特有的传输线效应。
对于处于“集总模型”的电路通路而言,pcb多层电路板厂家认为其通路的电容和电感值不是频率的函数。一旦电路进入“离散模型”领域,情况就不同了,除了必须处理传输线效应以外,因阻抗不匹配所造成的信号反射现象,以及由互感和互容所产生的串扰也会渐趋严重。
4.直流模型
“直流模型”用于等效低速电路。在低速电路(上升时间为0〜1μs)中,由于其工作速度相当缓慢,所以IC封装和PCB上的导线或通路等除有等效电阻外,可以视为没有任何传播延迟,以及电容或电感的分布效应。在“直流模型”里,所有的分布效应和传输线效应都可以忽略不计。
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