單位電容和單位電感

在信號(hào)完整性知識(shí)體系中，電容和電感是繞不開(kāi)的，是相輔相成，相互制約和影響的。不管是SI還是PI ，都是需要關(guān)注電容和電感特性的。

SI信號(hào)部分，電容和電感特性反映在信號(hào)的容性反射和感性反射，優(yōu)化TDR就是減小容性增大感性或者減小感性增大容性。

PI電源部分，電容和電感特性反映在電源PDN曲線的諧振點(diǎn)，優(yōu)化PDN就是增大容性減小感性。

在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以用常見(jiàn)的一些經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行預(yù)估單位電容和單位電感。但很多資料給出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值是不同的，比如單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的自感約為25 nH/in，單位長(zhǎng)度電容為5 pF/in。

還有些資料給出的是：50?的傳輸線，介電常數(shù)為4，50?的傳輸線，單位長(zhǎng)度電容約為3.3 pF/in，單位長(zhǎng)度電感為8.3 nH/in。

相關(guān)的計(jì)算公式如下：

我們?cè)趯?duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)估的時(shí)候，得知道這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或者公式，誤差有多大，也就是準(zhǔn)確性有多高，才能保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度。為此我們用下面三種方式進(jìn)行比較驗(yàn)證：

一、先用軟件SI 9000，計(jì)算出50Ω的傳輸線，介電常數(shù)是3.5，仿真得出相關(guān)的數(shù)據(jù)：

單位長(zhǎng)度電容：2.73 pF/in

單位長(zhǎng)度電感：7.4 nH/in

二、再根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算得出相關(guān)的數(shù)據(jù)：

單位長(zhǎng)度電容：3.1pF/in

單位長(zhǎng)度電感：7.76 pF/in

三、最后用Ansys 軟件仿真得出傳輸線單位長(zhǎng)度電容和單位長(zhǎng)度電感：

單位長(zhǎng)度電容：2.75 pF/in

單位長(zhǎng)度電感：7.02nH/in

單位長(zhǎng)度電容值：兩個(gè)軟件得出的數(shù)據(jù)很接近，經(jīng)驗(yàn)公式算出的數(shù)值相對(duì)大一點(diǎn)。

單位長(zhǎng)度電感值：三個(gè)數(shù)值各不相同，經(jīng)驗(yàn)公式算出的數(shù)值相對(duì)大一點(diǎn)，需要注意的是，由于趨膚效應(yīng)的影響，單位長(zhǎng)度電感會(huì)隨著頻率而變化。軟件的仿真設(shè)置的時(shí)候，選擇的是1GHz，而經(jīng)驗(yàn)公式是沒(méi)有這個(gè)影響的。

以上這部分的內(nèi)容只是初版內(nèi)容，關(guān)于電感和電容后期會(huì)增加平面電容和平面電感，以及常見(jiàn)的不同封裝形式電容ESR和SEL的數(shù)據(jù)整理。這些內(nèi)容后期會(huì)整合成完整的版本，會(huì)放到《信號(hào)完整性入門手冊(cè)》第二部分電源完整性基礎(chǔ)知識(shí)里面。

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