集成电路版图设计基础第六章：寄生参数

capgen 寄生参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述寄生参数（CapGen）是一种在电子系统设计中非常重要的概念。

它指的是由于设计或组装中的各种因素而引入的额外元件或电路的参数。

这些参数通常不可避免地出现在电路中，会对整个系统的性能产生潜在的影响。

因此，正确理解和考虑寄生参数是确保电路工作正常并提高系统性能的关键之一。

寄生参数可以包括电感、电容、电阻和导线等元件的额外参数。

它们可能是由于元器件之间的物理接触导致的，也可能是由于布线方式或封装工艺等因素引入的。

这些参数可能会导致电路的不稳定性、干扰或信号失真等问题，甚至影响整个系统的可靠性和性能。

在设计电路和系统时，我们需要充分考虑和评估这些寄生参数。

通过合理的布线和封装方式，可以减少不必要的干扰和失真。

此外，合理选择元器件和组件也是至关重要的，例如选择具有低寄生参数的元件，可以显著提高系统的性能。

然而，寄生参数并非完全可以消除。

相反，它们往往是电路中不可避免的一部分。

因此，理解和掌握如何分析和补偿寄生参数对于电子系统设计工程师来说至关重要。

只有通过深入研究和实践，我们才能更好地理解和应对寄生参数对系统性能的影响，并有效地提高电路和系统的可靠性和性能。

在接下来的部分中，我们将详细讨论寄生参数的定义和意义，以及影响寄生参数的因素。

通过深入理解这些内容，我们将能够更好地应对寄生参数带来的挑战，并为实际的电子系统设计提供有价值的指导。

1.2文章结构文章结构是指文章的组织框架和层次，它对于一个长文的撰写非常重要。

一个良好的文章结构可以使读者更容易理解文章的内容，并能够有条理地阅读整篇文章。

在本文中，我们将按照以下结构来撰写文章：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 寄生参数的定义和意义2.2 寄生参数的影响因素3. 结论3.1 寄生参数的应用价值3.2 未来研究方向在引言部分的概述中，我们将对寄生参数进行简要介绍，为读者提供一个对主题的整体认识。

寄生参数四层电路板上的0.1 英寸(0.25 cm)宽电路板线迹所具有的电感大约为0.7nH/英寸(0.3 nH/cm)。

IC 封装中接合线的典型电感在1 nH 范围内，印刷电路板的过孔电感在0.2 nH 范围内。

导线电感约为15nH/英寸。

铝电解电容寿命铝电解电容器在浸透电解液的纸片两面放臵金属薄片。

这种电解液会在电容器寿命期间蒸发，从而改变其电气属性。

如果电容器失效，其会出现剧烈的反应：电容器中形成压力，迫使它释放出易燃、腐蚀性气体。

电解质蒸发的速度与电容器温度密切相关。

工作温度每下降10 摄氏度，电容器寿命延长一倍。

电容器额定寿命通常为在其最大额定温度下得出的结果。

典型的额定寿命为105 摄氏度下1000 小时。

选择这些电容器用于图1 所示LED 灯泡等长寿命应用时（LED 的寿命为25000 小时），电容器的寿命便成了问题。

要想达到25000 小时寿命，这种电容器要求工作温度不超过65 摄氏度。

这种工作温度特别具有挑战性，因为在这种应用中，环境温度会超出125 摄氏度。

市场上有一些高额定温度的电容器，但是在大多数情况下，铝电解电容器都将成为LED灯泡寿命的瓶颈组件。

这种寿命温度依赖度实际影响了您降低电容器额定电压的方法。

您首先想到的可能是增加电容器额定电压来最小化电介质失效的机率。

但是，这样做会使电容器的等效串联电阻(ESR) 更高。

由于电容器一般会具有高纹波电流应力，因此这种高电阻会带来额外的内部功耗，并且增加电容器温度。

故障率随温度升高而增加。

实际上，铝电解电容器通常只使用其额定电压的80% 左右。

图1 这种105℃电容器可能不会达到其声称的23 年寿命图2 低温下ESR 性能急剧下降。

lvs drc 寄生参数
LVS（Layout vs. Schematic）DRC（Design Rule Check）是集成电路设计中非常重要的步骤，它用于检查版图和原理图之间的一
致性，以确保设计的正确性和可制造性。

在LVS DRC中，寄生参数
是指版图中未直接连接到原理图中的器件或电气元件。

这些寄生参
数可能会对电路的性能产生影响，因此需要进行适当的检查和处理。

从版图设计角度来看，寄生参数可能包括电容、电感、电阻等。

这些参数可能是由于器件之间的布局、金属层的叠加、接线等因素
导致的。

在进行LVS DRC时，需要对这些寄生参数进行分析，确保
它们不会对电路的功能产生负面影响。

同时，设计人员还需要考虑
寄生参数对电路性能的影响，可能需要进行一些补偿或优化的措施。

另一方面，从原理图设计角度来看，寄生参数可能会影响电路
的工作频率、稳定性等性能指标。

因此，在进行LVS DRC时，需要
对原理图中的器件参数与版图中的实际参数进行比对，确保它们之
间的一致性。

如果发现寄生参数超出了设计规范，可能需要进行相
应的调整或修正。

总的来说，寄生参数在LVS DRC中是一个重要的考虑因素，需
要从版图设计和原理图设计两个角度进行全面的分析和处理，以确保电路设计的正确性和可制造性。

同时，也需要密切关注寄生参数对电路性能的影响，采取必要的措施进行优化和调整。

PCB过孔概念、寄生参数介绍 2003-11-18 上海泰齐科技网一、过孔的概念过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。

简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。

从作用上看，过孔可以分成两类：1、用作各层间的电气连接。

2、用作器件的固定或定位。

如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。

盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。

埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。

上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。

第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。

由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。

以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。

从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区，见下图。

这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。

很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。

但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。

比如，现在正常的一块6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil左右，所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。

版图设计中的寄生参数分析1．引言正如我们了解的，工艺层是芯片设计的重要组成部分。

一层金属搭在另一层金属上面，一个晶体管靠近另一个晶体管放置，而且这些晶体管全部都是在衬底上制作的。

只要在工艺制造中引入了两种不同的工艺层，就会产生相应的寄生器件，这些寄生器件广泛地分布在芯片各处，更糟糕的是我们无法摆脱它们。

寄生器件是我们非常不希望出现的，它会降低电路的速度，改变频率响应或者一些意想不到的事情发生。

既然寄生是无法避免的，那么电路设计者就要充分将这些因素考虑进去，尽量留一些余量以便把寄生参数带来的影响降至最低。

2．寄生参数的种类寄生参数主要包括了电容寄生、电阻寄生，和电感寄生。

2．1 寄生电容图1所呈现的是在不同金属层之间以及它们与衬底之间产生的电容情况：图(1) 无处不在的寄生电容由上图我们可以看到寄生电容无处不在。

不过需要了解的是即使寄生电容很多，但是如果你的电路设计对电容不十分敏感的时候，我们完全可以忽略它们。

但当电路的设计要求芯片速度很快的时候，或者频率很高时，这些寄生的电容就显得格外重要了。

一般来说，在一个模拟电路中，只要频率超过20MHz 以上，就必须对它们给予注意，否则，它有可能会毁掉你的整个芯片。

减少寄生电容可以从以下几个方面入手：(1)导线长度如果你被告知某个区域的寄生参数要小，最直接有效的方法就是尽量减小导线长度，因为导线长度小的话，与它相互作用而产生的电容例如金属或者衬底层的电容就会相应地减小，这个道理显而易见。

(2)金属层的选择另一种解决的办法则是你的金属层选择。

起主要作用的电容通常是导线与衬底之间的电容，图2则说明了衬底电容对芯片的影响。

Noisy Quiet图(2) 衬底电容产生的噪声影响如上所示，电路1和电路2都对地产生了一个衬底电容，衬底本身又有一个寄生电阻，这样一来电路1的噪声就通过衬底耦合到电路2上面，这是我们不希望看到的。

(设法使所有的噪声都远离衬底）因此我们改变一下金属层，通常情况下，最高金属层所形成的电容总是最小的。

电容寄生参数及引线对插入损耗的影响摘要：电容是电路中最常见的器件之一，其主要作用有滤波、旁路、去耦、储能等。

本文从插入损耗的角度入手，通过实测数据分析了寄生参数，引线长短、电容容值、数量，等因素对滤波效果的影响。

关键词：插入损耗寄生参数滤波一、引言无源滤波电路一般是由电容、电感、电阻等无源器件组成的滤波网络，其滤波效果主要取决于器件参数，电路拓扑，接地效果及与源、负载之间的阻抗匹配等因素。

其中器件参数是基础，而电容是滤波电路中的灵魂，其较之电感、电阻有更灵活、更优异的参数调整空间。

二、插入损耗的定义插入损耗是衡量滤波电路最重要的性能指标，它决定滤波电路性能的好坏。

插入损耗的计算公式如下：（dB）式中，，Uin是某频率的干扰信号在滤波电路输入端的电压，Uout是干扰信号在滤波电路输出端的电压。

插入损耗用分贝（dB）表示，分贝值越大，说明抑制当前频率噪声干扰的能力越强。

三、寄生参数对插入损耗的影响理想的电容是没有寄生参数的，随频率的增大，插入损耗是呈线性增长的。

但实际电容因结构、引线的影响，都存在寄生参数，其插入损耗会在线性增长的过程中达到一个最高点，然后逐渐回落，这个最高点称为器件的自谐振频率，该谐振点的频率为：其中L为电容的等效寄生电感（ESL）,C为电容容值。

理想电容与实际电容的插入损耗曲线对比如图1所示。

图1 理想器件与实际器件插入损耗曲线对比因电容种类繁多，这里我们对最常用的陶瓷贴片电容做一个测试对比，部分测试数据如图2所示，测试仪器为RS公司的四通道矢量网络分析仪ZNB4，测试源阻抗和负载阻抗都是50Ω。

图2 陶瓷贴片电容插入损耗测试对比从测试结果我们统计并计算出各容值的贴片电容的fs和ESL如表1所示。

从表中我们可以看出，贴片电容的ESL一般在10nH以下，封装越小，ESL越小。

表1 贴片电容寄生参数对比电容容值 C自谐振频率 fs(MHz)寄生电感预估 ESL(nH)备注10pF748 4.53 47pF2707.40四、引线对插入损耗的影响电容的引线相当于给电容引入一个外部的ESL，引线的长短、粗细对其滤波性能有相当大的影响，这里我们选取了一个1210封装、3.3uF的陶瓷贴片电容进行对比测试，测试数据如图3所示。