Паразитные параметры печатного монтажа
Оценка электромагнитной совместимости функциональных узлов на печатных платах показывает, что качество их разработки во многом определяется паразитными параметрами печатного монтажа. Обеспечение допустимых значений паразитных емкостей состоит в том, чтобы их значения не вызывали наводок в цепях, соизмеримых с уровнем полезного сигнала.
В многослойной печатной плате проводники, находящиеся на разных слоях расположенные друг над другом создают пленочный конденсатор и возникает паразитная емкостная связь. Емкость такого конденсатора рассчитывается по формуле:
где:
- ԑr – относительная диэлектрическая проницаемость материала (обычно 4,5 для стеклотекстолитов);
- S – ширина проводников;
- L – длина проводника;
- H – расстояние меду слоями.
Например, если печатная плата состоит из двух слоев, сигнальный слой и слой полигона земли смежные, межслойный интервал равен 0,2 мм, ширина и длина проводника равна 0,5 мм и 10 мм соответственно, то значение емкости между этими двумя проводниками, будет равно около 1 пФ.
Введите текст заголовка
Введите текст заголовка
Даже такая небольшая емкость иногда является недопустимой. Например, при подключении к инвертирующему входу высокочастотного операционного усилителя, как показано на рисунке 1.
На рисунке 2 изображены АЧХ с выбросом и без, определяемым этой ёмкостью на частоте 90 мГц. Уменьшить значение паразитной емкости можно уменьшив длину и ширину проводников. Так, если уменьшить длину проводника до 2,5 мм, а ширину до 0,15 мм, то паразитная емкость составит 0,1 пФ, а такая емкость уже не приведет амплитуды выходного сигнала.
Между проводниками, расположенными на одной стороне печатной платы близко друг от друга, также возникает емкостная паразитные связи. Эту емкость можно оценить, используя калькулятор. Например, емкость между проводниками шириной – 0,45 мм, расстоянием между ними – 0,45 мм, длина проводника, на котором возникает связь – 30 мм, относительной диэлектрической проницаемостью – 4,5 составит 1,867 пФ. Такая емкость в большинстве случаев является недопустимой.
Введите текст заголовка
Введите текст заголовка
Рассмотрим еще один пример. На рисунке 3 представлена схема усилителя на операционном усилителе (ОУ) с коэффициентом усиления +2 В/В. Резистор R3 сопротивлением 100 кОм соединяет инвертирующий вход ОУ с землёй, а R1, такого же номинала включен в цепь обратной связи.
При проектировании исходят из того, что данная схема будет работать устойчиво и не будет создавать колебаний в выходном сигнале. Однако это не так. При прямоугольном импульсном сигнале на входе, в выходном сигнале наблюдаются затухающие колебания максимальной амплитуды 1.7 В (рис. 4). Эти колебания колебания возникают из-за дифференциальной и синфазной ёмкостей входного каскада ОУ и паразитных емкостей печатного монтажа.
Так, например, для операционного усилителя OPA1618 синфазная входная ёмкость составляет 2 пФ, а дифференциальная входная ёмкость — 4 пФ. Цепь обратной связи усилителя имеет паразитную ёмкость примерно 0.5 пФ, а паразитная ёмкость печатной платы по отношению к земле составляет1 пФ.