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了解仿真中的互連電阻和瞬態(tài)
互連電阻和阻抗是控制PCB和IC中瞬態(tài)信號行為的兩個重要概念，在互連設(shè)計階段需要考慮這些重要概念。無論是在FR4還是有損芯片上布線，都需要使用布局前仿真工具評估設(shè)備的行為，以確保信號表現(xiàn)出預(yù)期的效果。這是要在互連電阻和阻抗的任何電路仿真中包括的要點(diǎn)。
PCB與IC互連電阻和阻抗
回到您的電子學(xué)101類，您應(yīng)該回想起確定互連電阻的原因：
形成互連的金屬的電導(dǎo)率；
互連的截面積；
互連的總長度。
這只是電阻部分，但即使在高頻下也仍然存在一些電抗部分。實際上，導(dǎo)體中的集膚效應(yīng)為互連阻抗提供了新的電阻性和電抗性。這些要點(diǎn)適用于PCB互連和IC互連?；ミB的阻抗及其與負(fù)載組件的匹配將決定通過系統(tǒng)的功率傳輸，但是瞬態(tài)信號的行為在高速/高頻系統(tǒng)中變得更加重要。
實際的互連不僅僅是電阻性的，在互連的整個長度上都有寄生電容和電感。在檢查IC和PCB互連的電路模型時，您需要使用標(biāo)準(zhǔn)的傳輸線模型。集總元素模型是了解互連阻抗及其與互連幾何關(guān)系的強(qiáng)大工具。通常，您會串聯(lián)級聯(lián)多個部分（例如，像Pi過濾器一樣）。另外，集總電路模型可以使用單位長度等效電路值進(jìn)行匯總，如下所示。
更高級的模型應(yīng)使用大量的集總元素，以提供更準(zhǔn)確的瞬態(tài)分析結(jié)果。對于IC和PCB中的實際互連，上述等效電路的不同部分將對互連阻抗起主要作用。當(dāng)您要關(guān)注將主導(dǎo)信號行為的關(guān)鍵電路元件時，這是要考慮的重要點(diǎn)。
主導(dǎo)互連阻抗的因素是什么？
在PCB中，電阻和電容共同決定整體互連阻抗。這是因為PCB上的走線的橫截面面積比其IC對應(yīng)的橫截面積大，因此它們的電阻低于沿著互連線的電感性阻抗。一旦信號帶寬達(dá)到10 GHz，趨膚效應(yīng)就開始在PCB傳輸線中變得重要，并且阻抗將開始增加，超過標(biāo)準(zhǔn)飽和值。
在集成電路內(nèi)，互連電阻的貢獻(xiàn)更大，這僅僅是因為導(dǎo)體的橫截面積較小。這超過了集成電路中使用的較短的走線長度。但是電感呢？電感和電容仍然結(jié)合在一起，產(chǎn)生的互連阻抗比IC中的緩沖級要小。
那么為什么互連電阻很重要？這里的重點(diǎn)是由IC中的互連電阻和寄生電容產(chǎn)生的RC延遲，這兩者都比PCB中的相應(yīng)值大得多。驅(qū)動晶體管具有一些輸出電容，應(yīng)將其包括在電路仿真中。由輸出電容和互連電阻產(chǎn)生的組合RC延遲會減慢信號上升時間。隨著晶體管的規(guī)模越來越小，電容的平方規(guī)模也越來越大，從而導(dǎo)致互連線的延遲在較小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)處增加（見下文）。
在存在上述等效電路元件的情況下，預(yù)布局仿真可以很好地說明信號行為，但在兩個方面仍存在不足：色散和趨膚效應(yīng)損耗。但是，通過檢查電路電流的相位和大小或提供電路中特定組件的壓降測量值，以瞬態(tài)分析形式進(jìn)行的布局前仿真對于電路分析特別有價值。
在設(shè)計階段還需要考慮其他重要的寄生因素，例如鍵合線電感，因為它們會導(dǎo)致傳播延遲，并且會改變互連阻抗。但是，計算互連預(yù)仿真的寄生參數(shù)可以縮短計算時間并通過參數(shù)提取和提供準(zhǔn)確的模型來加快設(shè)計周期?？紤]到信號行為的這些重要方面，需要3D場求解器或更先進(jìn)的分析技術(shù)。
真正的互連需要3D場求解器
布局前的仿真功能無法解決因集膚效應(yīng)引起的互連電阻和阻抗變化，也無法適當(dāng)解決介電基板中的色散問題。通過時域預(yù)布局仿真可以很好地了解瞬態(tài)信號的行為，但是要使設(shè)計達(dá)到更高的水平，則需要使用3D 電磁場求解器進(jìn)行布局后仿真。
利用正確的仿真功能，您可以直接解決介電色散，導(dǎo)體中的趨膚效應(yīng)以及封裝/電路板幾何形狀的問題，而無需使用等效電路模型。這使您可以更真實地了解信號行為，并幫助您評估等效電路模型的準(zhǔn)確性。