Что из себя представляет паразитная емкость?
Паразитный конденсатор образуется между двумя параллельными проводниками, находящимися в непосредственной близости друг относительно друга (рис. 6). Паразитные конденсаторы, кроме того, образуются на печатной плате между параллельными проводниками, расположенными на разных сторонах этой платы(рис. 7). Наличие паразитных емкостей на печатной плате может привести к увеличению шумов, уменьшению ширины полосы пропускания и потере устойчивости устройства.
Рис. 6. Модель паразитного конденсатора
Рис. 7. Образование паразитного конденсатора на печатной плате: вид сверху (а), вид в разрезе (б)
Если электрическая проницаемость стеклотекстолита ER составляет 4.7, d=1.5 мм, паразитная емкость между проводниками на противоположных сторонах печатной платы может составить 3 пФ/см2. На частоте 250 МГц импеданс между проводниками для такой емкости равен 212.2 Ом (рис.6).
Каким образом можно исключить паразитную емкость?
Исключить паразитную емкость практически невозможно, однако можно уменьшить ее величину.
Как это можно сделать?
Один из путей уменьшения паразитной емкости – это использование экрана, который представляет собой заземленный проводник между двумя электрически связанными источниками (в нашем случае – параллельными проводниками).
Как работает экран?
Эквивалентная схема источника шума, поступающего в устройство через паразитный конденсатор, приведена на рис. 8. Упрощенная схема экранирования этого шума представлена на рис. 9. Как следует из этого рисунка, напряжение шума с помощью экрана заземляется и не поступает на вход устройства.
Рис. 8. Эквивалентная схема источников шумов, проникающих в устройство через паразитный конденсатор
Рис. 9. Эквивалентные схемы, поясняющие принцип экранирования устройства от воздействия шумов, проникающих через паразитный конденсатор
Пример формирования паразитной емкости в керамическом DIP корпусе ИМС приведен на рис. 10. Керамический DIP корпус, как правило, имеет сверху металлическую пластину из ковара. Большинство логических ИМС имеют заземляемый вывод, расположенный в левом углу корпуса, и этот вывод ИМС соединен с металлической пластинкой и всегда заземлен. Аналоговые ИМС могут не иметь заземляемого вывода, что приводит к образованию паразитных емкостей между выводами (рис. 11). В связи с тем, что керамические корпуса имеют внешний металлический экран, для уменьшения уровня шума, воздействующего на ИМС, экран следует заземлять (рис. 10). Если корпус ИМС выполнен из пластмассы, следует установить на корпус экранирующую металлическую клипсу и заземлить ее. Перед тем как заземлить металлический корпус ИМС необходимо убедиться, что он не соединен с заземляемым выводом или с выводом питания этой ИМС. В некоторых ИМС внешний экран подключен к одному из напряжений питания. Следует отметить, что паразитная емкость между выводами ИМС находится в пределах от 0.05 до 0.6 пФ, рис.11. При подключении, например, быстродействующего АЦП или ЦАП к шине данных паразитные емкости (рис. 12) могут оказать влияние на скорость нарастания входного (выходного) аналогового сигнала. Для быстродействующих преобразователей эта величина может составлять от 2 до 5В/нс. Снизить влияние паразитных емкостей на работу быстродействующих АЦП и ЦАП можно путем гальванической развязки аналоговых узлов и цифровых интерфейсов (рис. 13). Это требует применения дополнительных компонентов, приводит к увеличению потребляемой мощности, однако позволяет улучшить параметры преобразователя.
Рис. 10. DIP корпус ИМС с заземляемым экраном
Рис. 11. Паразитная емкость между выводами ИМС в DIP корпусе
Рис. 12. Образование паразитной емкости при работе АЦП или ЦАП на шину данных
Рис. 13. Пример гальванической развязки аналоговых и цифровых узлов преобразователей
В заключение приведем сравнительную таблицу основных параметров современных конденсаторов.
Паразитный конденсатор образуется между двумя параллельными проводниками, находящимися в непосредственной близости друг относительно друга (рис. 6). Паразитные конденсаторы, кроме того, образуются на печатной плате между параллельными проводниками, расположенными на разных сторонах этой платы(рис. 7). Наличие паразитных емкостей на печатной плате может привести к увеличению шумов, уменьшению ширины полосы пропускания и потере устойчивости устройства.
Рис. 6. Модель паразитного конденсатора
Рис. 7. Образование паразитного конденсатора на печатной плате: вид сверху (а), вид в разрезе (б)
Если электрическая проницаемость стеклотекстолита ER составляет 4.7, d=1.5 мм, паразитная емкость между проводниками на противоположных сторонах печатной платы может составить 3 пФ/см2. На частоте 250 МГц импеданс между проводниками для такой емкости равен 212.2 Ом (рис.6).
Каким образом можно исключить паразитную емкость?
Исключить паразитную емкость практически невозможно, однако можно уменьшить ее величину.
Как это можно сделать?
Один из путей уменьшения паразитной емкости – это использование экрана, который представляет собой заземленный проводник между двумя электрически связанными источниками (в нашем случае – параллельными проводниками).
Как работает экран?
Эквивалентная схема источника шума, поступающего в устройство через паразитный конденсатор, приведена на рис. 8. Упрощенная схема экранирования этого шума представлена на рис. 9. Как следует из этого рисунка, напряжение шума с помощью экрана заземляется и не поступает на вход устройства.
Рис. 8. Эквивалентная схема источников шумов, проникающих в устройство через паразитный конденсатор
Рис. 9. Эквивалентные схемы, поясняющие принцип экранирования устройства от воздействия шумов, проникающих через паразитный конденсатор
Пример формирования паразитной емкости в керамическом DIP корпусе ИМС приведен на рис. 10. Керамический DIP корпус, как правило, имеет сверху металлическую пластину из ковара. Большинство логических ИМС имеют заземляемый вывод, расположенный в левом углу корпуса, и этот вывод ИМС соединен с металлической пластинкой и всегда заземлен. Аналоговые ИМС могут не иметь заземляемого вывода, что приводит к образованию паразитных емкостей между выводами (рис. 11). В связи с тем, что керамические корпуса имеют внешний металлический экран, для уменьшения уровня шума, воздействующего на ИМС, экран следует заземлять (рис. 10). Если корпус ИМС выполнен из пластмассы, следует установить на корпус экранирующую металлическую клипсу и заземлить ее. Перед тем как заземлить металлический корпус ИМС необходимо убедиться, что он не соединен с заземляемым выводом или с выводом питания этой ИМС. В некоторых ИМС внешний экран подключен к одному из напряжений питания. Следует отметить, что паразитная емкость между выводами ИМС находится в пределах от 0.05 до 0.6 пФ, рис.11. При подключении, например, быстродействующего АЦП или ЦАП к шине данных паразитные емкости (рис. 12) могут оказать влияние на скорость нарастания входного (выходного) аналогового сигнала. Для быстродействующих преобразователей эта величина может составлять от 2 до 5В/нс. Снизить влияние паразитных емкостей на работу быстродействующих АЦП и ЦАП можно путем гальванической развязки аналоговых узлов и цифровых интерфейсов (рис. 13). Это требует применения дополнительных компонентов, приводит к увеличению потребляемой мощности, однако позволяет улучшить параметры преобразователя.
Рис. 10. DIP корпус ИМС с заземляемым экраном
Рис. 11. Паразитная емкость между выводами ИМС в DIP корпусе
Рис. 12. Образование паразитной емкости при работе АЦП или ЦАП на шину данных
Рис. 13. Пример гальванической развязки аналоговых и цифровых узлов преобразователей
В заключение приведем сравнительную таблицу основных параметров современных конденсаторов.
Комментариев нет:
Отправить комментарий