单位电容和单位电感

在信号完整性知识体系中,电容和电感是绕不开的,是相辅相成,相互制约和影响的。不管是SI还是PI ,都是需要关注电容和电感特性的。

SI信号部分,电容和电感特性反映在信号的容性反射和感性反射,优化TDR就是减小容性增大感性或者减小感性增大容性。

PI电源部分,电容和电感特性反映在电源PDN曲线的谐振点,优化PDN就是增大容性减小感性。

在实际的产品设计中,可以用常见的一些经验值进行预估单位电容和单位电感。但很多资料给出的经验数值是不同的,比如单位长度导线的自感约为25 nH/in,单位长度电容为5 pF/in。

还有些资料给出的是:50Ω的传输线,介电常数为4,传输线的单位长度电容约为3.3 pF/in,单位长度电感为8.3 nH/in。

相关的计算公式如下:

我们在对设计进行预估的时候,得知道这些经验数值或者公式,误差有多大,也就是准确性有多高,才能保证设计的准确度。为此我们用下面三种方式进行比较验证:

一、先用软件SI 9000,计算出50Ω的传输线,介电常数是3.5,仿真得出相关的数据:

单位长度电容:2.73 pF/in

单位长度电感:7.4 nH/in

二、再根据上面的经验公式,计算得出相关的数据:

单位长度电容:3.1pF/in

单位长度电感:7.76 nH/in

三、最后用Ansys 软件仿真得出传输线单位长度电容和单位长度电感:

单位长度电容:2.75 pF/in

单位长度电感:7.02nH/in

单位长度电容值:两个软件得出的数据很接近,经验公式算出的数值相对大一点。

单位长度电感值:三个数值各不相同,经验公式算出的数值相对大一点,需要注意的是,由于趋肤效应的影响,单位长度电感会随着频率而变化。软件的仿真设置的时候,选择的是1GHz,而经验公式是没有这个影响的。

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