Auswirkung der parasitären Kapazität auf ein ideales Signal?

Dies ist ein Beispiel dafür, was passiert, das nicht übermäßig realistisch sein soll, sondern einfach eine visuelle Darstellung bieten soll. Die tatsächlichen Auswirkungen können je nach Schaltung und Ort der parasitären Kapazität sowie der Wechselwirkung mit anderen Komponenten erheblich variieren.

Kurz gesagt, dies ist ein stark vereinfachtes Beispiel nur zu Illustrationszwecken.

Versuchsaufbau:

Es wird ein 1-V-Rechteckimpuls mit einer Dauer von 1 V und einer Anstiegs- und Abfallzeit von 1 ns erzeugt. Ich habe der Quelle eine Ausgangsimpedanz von 5 Ohm hinzugefügt, und die Werte von R3 und L1 sollten für eine 5-cm-Leiterplattenspur angemessen sein. C1 ist repräsentativ für die parasitäre Kapazität auf der Spur / vom Empfangsende. Die Last wurde zufällig zu 1 kOhm gewählt.

Dann führen wir eine Transientenanalyse (Zeit) von 0 bis 3 us durch und überprüfen die Reaktion mit 5 Werten von C1 von 10 pF bis 100 nF. Letztendlich sind diese Werte für diese gegebene Situation hoch, aber Sie können die Auswirkungen leichter erkennen.

Und hier ist die Antwort bei Vout. Am eckigsten im Bunde ist C1 = 10pF und am gerundetesten C1 = 100nF. Sie können auch das Klingeln sehen, das durch die Wechselwirkung der parasitären Induktivität (L1) verursacht wird.

Im allgemeinen Fall erzeugt eine zusätzliche parasitäre Kapazität in Kombination mit den vorhandenen Widerständen einen Tiefpassfilter.

Dadurch werden die Anstiegs- und Abfallzeiten des Signals länger, da C1 länger zum Laden und Entladen braucht.

In der Realität können Änderungen der parasitären Kapazität abhängig von ihrer Wechselwirkung mit Induktivitäten und anderen Faktoren eine Reihe unterschiedlicher Auswirkungen haben.

Hier ist ein weiteres Beispiel dafür, was passieren kann, derselbe Testaufbau wurde nur auf die steigende Flanke vergrößert und zeigt C1 = 10 pF und C1 = 50 pF. Während die Anstiegszeit bei 50 pF länger ist, ist das eigentliche Problem die massive Zunahme des Klingelns, die durch die Wechselwirkung mit L1 verursacht wird.

Nichts beeinflusst ein ideales Signal. Wenn ja, wäre es nicht mehr ideal.

Grundsätzlich ist die parasitäre Kapazität eine kleine verteilte Kapazität gegen Masse. Bei Leiterbahnen auf einer normalen Platine liegt die Streukapazität zwischen einigen pF und einigen 10 s pF, abhängig von der Länge der Leiterbahn und davon, wie nahe sie an der Masseebene und anderen Leiterbahnen ist. An dieser Kapazität ist nichts Magisches. Zusammen mit der Impedanz des Signals bewirkt dies einen Tiefpassfilter, genau wie eine absichtliche Kapazität gegen Masse.

Nehmen wir zum Beispiel an, ein digitales Signal hat eine Impedanz von 100 Ω und eine Streukapazität von 10 pF gegen Masse. In erster Näherung ergibt das einen Tiefpassfilter mit 160 MHz Rolloff. Wenn also die Signale, die Ihnen wichtig sind, einschließlich ihrer Oberwellen, die Ihnen wichtig sind, auf etwa 100 MHz begrenzt sind, sollte es kaum Probleme geben.

Eine andere Möglichkeit, dasselbe zu betrachten, besteht darin, die Zeitkonstante zu betrachten. 100 Ω x 10 pF = 1 ns, also beträgt die 80 %-Einschwingzeit einer einzelnen digitalen Flanke 1,6 ns und die 90 %-Einschwingzeit 2,3 ns.