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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(gè)重要概念，在互連設計階段需要考慮這些重要概念。無(wú)論是在FR4還是有損芯片上布線(xiàn)，都需要使用布局前仿真工具評估設備的行為，以確保信號表現出預期的效果。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(lèi)，您應該回想起確定互連電阻的原因：
形成互連的金屬的電導率；
互連的截面積；
互連的總長(cháng)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(shí)際上，導體中的集膚效應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的阻抗及其與負載組件的匹配將決定通過(guò)系統的功率傳輸，但是瞬態(tài)信號的行為在高速/高頻系統中變得更加重要。
實(shí)際的互連不僅僅是電阻性的，在互連的整個(gè)長(cháng)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(shí)，您需要使用標準的傳輸線(xiàn)模型。集總元素模型是了解互連阻抗及其與互連幾何關(guān)系的強大工具。通常，您會(huì )串聯(lián)級聯(lián)多個(gè)部分（例如，像Pi過(guò)濾器一樣）。另外，集總電路模型可以使用單位長(cháng)度等效電路值進(jìn)行匯總，如下所示。
更高級的模型應使用大量的集總元素，以提供更準確的瞬態(tài)分析結果。對于IC和PCB中的實(shí)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。當您要關(guān)注將主導信號行為的關(guān)鍵電路元件時(shí)，這是要考慮的重要點(diǎn)。
主導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(xiàn)的橫截面面積比其IC對應的橫截面積大，因此它們的電阻低于沿著(zhù)互連線(xiàn)的電感性阻抗。一旦信號帶寬達到10 GHz，趨膚效應就開(kāi)始在PCB傳輸線(xiàn)中變得重要，并且阻抗將開(kāi)始增加，超過(guò)標準飽和值。
在集成電路內，互連電阻的貢獻更大，這僅僅是因為導體的橫截面積較小。這超過(guò)了集成電路中使用的較短的走線(xiàn)長(cháng)度。但是電感呢？電感和電容仍然結合在一起，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中的相應值大得多。驅動(dòng)晶體管具有一些輸出電容，應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(huì )減慢信號上升時(shí)間。隨著(zhù)晶體管的規模越來(lái)越小，電容的平方規模也越來(lái)越大，從而導致互連線(xiàn)的延遲在較小的技術(shù)節點(diǎn)處增加（見(jiàn)下文）。
在存在上述等效電路元件的情況下，預布局仿真可以很好地說(shuō)明信號行為，但在兩個(gè)方面仍存在不足：色散和趨膚效應損耗。但是，通過(guò)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(jià)值。
在設計階段還需要考慮其他重要的寄生因素，例如鍵合線(xiàn)電感，因為它們會(huì )導致傳播延遲，并且會(huì )改變互連阻抗。但是，計算互連預仿真的寄生參數可以縮短計算時(shí)間并通過(guò)參數提取和提供準確的模型來(lái)加快設計周期?？紤]到信號行為的這些重要方面，需要3D場(chǎng)求解器或更先進(jìn)的分析技術(shù)。
真正的互連需要3D場(chǎng)求解器
布局前的仿真功能無(wú)法解決因集膚效應引起的互連電阻和阻抗變化，也無(wú)法適當解決介電基板中的色散問(wèn)題。通過(guò)時(shí)域預布局仿真可以很好地了解瞬態(tài)信號的行為，但是要使設計達到更高的水平，則需要使用3D 電磁場(chǎng)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，導體中的趨膚效應以及封裝/電路板幾何形狀的問(wèn)題，而無(wú)需使用等效電路模型。這使您可以更真實(shí)地了解信號行為，并幫助您評估等效電路模型的準確性。