電容耦合的案例
一種比較符合實際的耦合電容模型分享
AC耦合電容是高速電路中出現概率很高的一種器件，也是SI仿真中值得研究的基本仿真模型之一。耦合電容的仿真模型，每個人都有自己不同的見解和看法，今天僅介紹一種我自己認為還比較符合耦合電容阻抗的一個HFSS模型。
通常的耦合電容仿真模型是差分線+電容封裝pad（0402或者0201）+RLC邊界（也有人用perfect E），如下圖，這種模型在速率小于10Gbps時，是沒有任何問題的，如果速率更高比如25Gbps，那么這種簡化的模型就存在一點問題，如果去實際測試TDR，你會發現仿真和實測阻抗數據會有4~5ohm的差異，這么大的差異就得去分析定位原因了。
通常PCB上的器件都會通過SMT進行表貼，手動焊接除外。在SMT之前會在PCB開窗的焊盤上刷上一層厚度均勻的錫膏，厚度為0.1mm（3.937mil），在過回流焊時，錫膏受到熱應力的作用，會從均勻的矩形膨脹成半橢圓形，膨脹后的高度大概在0.12mm~0.14mm之間，當速率達到25Gbps后，這個錫膏的影響就必須考慮了。
另外，多層的MLCC陶瓷電容，我們是很難知道其背部的電極大小和數量信息的，這個時候只能根據實際測試的TDR值來反推一個簡化的block模型，我通常設定為一塊屬性為solder的長方體，尺寸參數化，根據實測數據來選定一個合適的值，下面為參考模型：
根據此模型做了一塊實驗PCB，仿真和實測TDR結果對比如下：從對比數據可以看出，該模型準確性還是可以的，跟實際的測試結果值相差最大1.25ohm（dx=dy=0)，其他幾種情況阻抗差異都在1ohm之內。
展開 使用多物理場仿真預測熱漂移，優化微波濾波器設計
仔細觀察結果，我們在圓柱體頂部及其與銅盒的相鄰面之間發現了一處強烈的電容耦合。
上圖：當溫度為 100°C（超過參考溫度）時的熱膨脹。下圖：電磁模態分析描述了基本模式的表面電流分布圖和電場。
接下來，我們多次修改工作溫度，并重復進行力學與電磁分析，然后利用得到的數據繪制特征頻率隨溫度變化的曲線。根據繪圖，我們可以對比只包含銅盒與同時包含銅盒和鋼圓柱體的濾波器設計。
銅濾波器設計和銅-鋼濾波器的特征頻率隨溫度變化的曲線。
結果表明同時包含銅和鋼的設計方案表現更加出色。這是因為兩種材料擁有不同的熱膨脹系數，所以圓柱體頂部和銅盒相鄰面之間的電容耦合減少了。電容耦合對特征頻率的影響很大，當電容耦合減少時，它能抵消腔體總體尺寸增大產生的影響。
此外，在銅-鋼濾波器設計中，我們可以利用溫度驅動來調整圓柱體底部和銅盒之間的距離，從而抵消大部分熱漂移。
來源：COMSOL
展開 EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析
EWIS EMC的傳導耦合可分為電阻性耦合，電容性耦合，電感性耦合三方面進行分析，其中電容性耦合又稱電場耦合，是兩個電路之間的電場相互作用產生的，被干擾源上耦合產生的干擾電壓，由干擾源頻率、幅值、被干擾源對地電阻（或負載電阻）、線間電容共同決定。平行雙導線間的電容性耦合物理模型與等效電路如下：
電容性耦合等效模型
電容性耦合等效電路
上文闡述，經過計算可得：UN≈jwRC12U1。實際上，這里只考慮了一種情況，即R為電路2的負載電阻。但是如果R較大，即R為導線2對地的絕緣電阻（通常R＞50MΩ），那么此種情況就要另當別論。
由上圖（等效電路圖）可以看出，UN為U1在R上面的分壓，不難得出，當R＞50MΩ時，
由此可見，無論R為電路2的負載電阻，或導線2的對地電阻，在導線2無屏蔽層的情況下，導線2上耦合產生的電壓UN都是不可忽視的。增加屏蔽層后，等效模型與電路如下：
下面分三種情況討論：
（1） 若導線2與地之間的電阻無限大，且導線2完全被屏蔽層包圍，此時R=∞，C12=0，C2G=0，可以得出，
由于屏蔽層與導線2之間無電流電壓，因此導線2上耦合出的干擾電壓（屏蔽層對地電壓加導線2對屏蔽層電壓）就是US。即：
UN=US
此時，如果屏蔽層接地，則Us=0，即UN=0，此種情況為理想情況，可以理解為，當導線2對地電阻無限大時（對地絕緣），如果把導線2完整的屏蔽，且屏蔽接地，則導線2上無耦合干擾電壓。
（2）若導線2與地之間電阻無限大（對地絕緣），但導線2沒有完全被屏蔽層覆蓋，此時R=∞，C12與C2G為有限值，，在導線2上耦合的干擾電壓可以表示為：
其中，C12取決于導線2露在屏蔽層外的那部分長度，露出的長度越大，值越大。
展開 電容器 | 一文詳解MOM、MIM和MOS及其區別
從最基本的層面講，所有電容器都是通過由介電（絕緣）材料隔開的電導體（極板）來儲存能量的。當一個極板接收到正電荷，而另一個極板接收到負電荷時，電容器就儲存了電荷。電容器種類繁多，用途各異，包括從在數字電路中存儲計算機內存，到過濾電子信號中的噪聲，再到保護電路的一部分免受另一部分的影響等。
讓我們來了解三種常見的模擬集成電路電容器：金屬-氧化物-金屬（MOM）、金屬-絕緣體-金屬（MIM）和金屬-氧化物-半導體（MOS）電容器。
什么是金屬-氧化物-金屬（MOM）電容器？
金屬-氧化物-金屬（MOM）電容器是芯片中的小型多功能器件。它們是由金屬層構成的交叉指型（就像兩只手十指相扣那樣）結構的多指型電容器。標準金屬布線（以及可選的過孔——布線電路板上的鍍通孔）被用來構成電容器的極板，極板之間的橫向（層內）電容耦合效應可產生所需的電容。
與垂直耦合相比，這種橫向電容耦合可提供更出色的匹配特性，主要是由于橫向尺寸的工藝控制更為精準，不像金屬層和介電層厚度那樣難以控制。為了提高電容密度，可以使用過孔并聯多個金屬層，形成垂直金屬壁或網格。通常，會在MOM電容器中采用金屬線寬和間距最小的最底層金屬層（如M1–M5），以最大限度地提高電容密度。
展開 
電容器 | 一文詳解MOM、MIM和MOS及其區別
這些組件可以是平面（實心的或者帶孔的）、傳輸線、螺旋電感器和MIM/MOM電容器，它們可以與高速/高頻布線一起提取，以計算全耦合電磁模型。此外，憑借自動化的額外優勢，使電磁提取任務的設置變得非常簡單且快速。
飛機電氣線路互聯系統（EWIS） EMC之傳導耦合分析
2 電容性耦合
電容性耦合又稱電場耦合，是由兩點路之間電場相互作用而產生的。對EWIS信號傳遞的影響因素為電路間的雜散電容。
電容性耦合等效模型
設定電路1為干擾電路，電路2為被干擾電路，U1視為干擾電壓，UN視為耦合電壓，C均為分布電容。不難畫出等效電路如圖：
經過計算可得：UN≈jwRC12U1。（適用于大多數情況，R較小時），可以很清楚的看出，兩個導體間產生的干擾電壓直接正比于干擾源頻率，線纜間分布電容，負載電阻R以及干擾源電源U1。
那么不難理解，為了減少EWIS 電容性耦合干擾，應該做的工作是：
1）增加隔離距離，合理選擇EWIS布線位置；
2）采用線纜屏蔽的方式，盡可能減小C12
關于屏蔽有效性、屏蔽長度、與屏蔽接地形式的分析比較復雜，后續文章會介紹。
3 電感性耦合
電感性耦合又稱磁耦合，它是由兩電路之間磁場相互作用而引起的。一個電路電流變化，其周圍磁場也發生變化，磁場中另一電路中出現感應電動勢，這樣一個電路中的信號就耦合到另一個電路中了。
因此不難理解，電流電壓劇變即di/dt或du/dt大的線纜或設備就是干擾源，例如繼電器開合、電容充電、電機運轉、集成電路開關工作等。
EWIS電感耦合等效模型與等效電路
根據法拉第電磁感應定律，磁感應強度B在面積為S的閉合回路中產生的感應電壓為：
若電流I1為正弦電流，則UN=jwBS cos?，為矢量B與S的夾角，BS cos?為穿過敏感電路的磁通量。
因此，不難看出，為了減少EWIS電感耦合電壓，可以減小干擾場強B，或者敏感電路所包圍的面積或者cos?。
展開 AnsysWB直流母線電容DC Link電-熱耦合仿真 ￥30
DC-Link 薄膜電容是電動汽車電驅系統中的一個重要組成部分，在反復充放電的過程中會導致電容發熱，影響其使用壽命。
本文基于ANSYS 仿真軟件對某型號DC-Link 薄膜電容器進行溫度場分析，結果表明，在
高溫環境中，電容器芯子中心處為溫度最高點，而配備散熱器后，最高溫度點轉移至遠離散熱器的外殼處，散熱器能顯著降低芯子溫度。
1.基于某款實際電容產品簡化的3D模型
2.環境溫度85℃、帶TIM散熱膠及鋁合金散熱冷板
3.考慮直流輸入電流及紋波電流，芯包損耗發熱的電-熱耦合工況
4.電流、發熱量等數據為假設值，實際仿真以真實數據為準
5.模型可以為真實的DC Link熱仿真工作提供極具價值的參考。
展開 變電站一次設備知識全解
耦合電容器和高頻阻波器
耦合電容器的作用：在電力載波通道中，耦合電容是使強電和弱電兩個系統通過電容耦合，給高頻訊號構成通路，并阻止高壓工頻電流進入弱電系統，使強電系統和弱電系統隔離，保證人身安全。
高頻阻波器的作用：高頻阻波器又叫塞流線圈，它是電力載波通訊設備中必不可少的組成元件之一。它與耦合電容器.結合濾波器、高頻電纜、高頻通訊機（載波機）等組成電力線路高頻通訊通道。
高頻阻波器起到阻止高頻電流向變電站或分支線的泄漏，達到減少高頻能量損耗的作用。
母線
母線的作用：匯集、分配和傳送電能。在變電站的各級電壓配電裝置中，母線是將變壓器等大型電氣設備與各種電器裝置連接的導體
母線包括：一次設備部分的主母線和設備連接線。按母線的使用材料可為：銅母線、鋁母線、鋁合金母線（有鋁錳合金和鋁鎂合金兩種）等。
展開 通訊不用屏蔽雙絞線有啥后果？
下面進行簡單分析，首先可以參考下圖：
上圖中的干擾源是Uq，通過分布電容Ck耦合到平行布線電纜的屏蔽層上的A點，然后又通過屏蔽層與通信電纜的分布電容C耦合到電纜上的a點，Ce是屏蔽電纜與地間的分布電容，最后耦合到a點的干擾電壓為：
Ua=Uq*Ck/（Ck+Ce）（注：前提是有一定的頻率）
圖中
示例是沒有接地，所以屏蔽層不接地是沒有效果的，將A點接地，耦合到A點的電壓為0，就不能再耦合到通信電纜的a點，所以在理想情況下單端接地就可以了。
如下圖所示：
如果干擾源的頻率升高，例如大于20kHz時或電纜長度大于λ/20時，接地電阻和屏蔽層的阻抗應該考慮的是感抗，電阻可以忽略不計了，這樣總的接地阻抗變大。
這時A點的電壓又隨著干擾頻率的升高而增加了，所以在高頻時應該雙端或者多端接地，或者盡量多接地（但是多數現場不方便），如下圖所示：
雙端接地是為了屏蔽高頻干擾，而通信信號大部分是高頻信號，對高頻干擾信號敏感，所以大部分通信電纜都是雙端接地的（有的信號對高頻和低頻信號都敏感），同樣，對于高頻磁場干擾，也是通過屏蔽層形成電流回路，形成反向磁場，與干擾磁場相互抵消，這里不再介紹了。所以不接地是無效的！
展開 還在傻傻的一個個調整PCB元件的絲印位號？
9、PCB板上高速信號上的AC耦合靠近哪一端效果更好？
經常看見不同的處理方式，有靠近接收端的，有靠近發射端的。
我們先看看AC耦合電容的作用，無外乎三點：①source和sink端DC不同，所以隔直流；②信號傳輸時可能會串擾進去直流分量，所以隔直流使信號眼圖更好；③AC耦合電容還可以提供直流偏壓和過流的保護。說到底，AC耦合電容的作用就是提供直流偏壓，濾除信號的直流分量，使信號關于0軸對稱。
那為什么要添加這個AC耦合電容？當然是有好處的，增加AC耦合電容肯定是使兩級之間更好的通信，可以改善噪聲容限。要知道AC耦合電容一般是高速信號阻抗不連續的點，并且會導致信號邊沿變得緩慢。
1）一些協議或者手冊會提供設計要求，我們按照designguideline要求放置。
2）沒有第一條的要求，如果是IC到IC，請靠近接收端放置。
3）如果是IC到連接器，請靠近連接器放置。
10、PCB在出廠時如何檢查是否達到了設計工藝要求？
很多PCB廠家在PCB加工完成出廠前，都要經過加電的網絡通斷測試，以確保所有聯線正確。同時，越來越多的廠家也采用x光測試，檢查蝕刻或層壓時的一些故障。對于貼片加工后的成品板，一般采用ICT測試檢查，這需要在PCB設計時添加ICT測試點。如果出現問題，也可以通過一種特殊的X光檢查設備排除是否加工原因造成故障。
展開 【干貨分享】詳解PCB絲印位號的常規推薦尺寸、調整原則與方法
特別注意電容的頻率響應與溫度的特性是否符合設計所需。
5）對外的連接器附近的地可與地層做適當分割，并將連接器的地就近接到chassisground。
6）可適當運用groundguard/shunttraces在一些特別高速的信號旁。但要注意guard/shunttraces對走線特性阻抗的影響。
7）電源層比地層內縮20H，H為電源層與地層之間的距離。
8、2G以上高頻PCB設計，微帶的設計應遵循哪些規則？
射頻微帶線設計，需要用三維場分析工具提取傳輸線參數。所有的規則應該在這個場提取工具中規定。
9、PCB板上高速信號上的AC耦合靠近哪一端效果更好？
經常看見不同的處理方式，有靠近接收端的，有靠近發射端的。
我們先看看AC耦合電容的作用，無外乎三點：①source和sink端DC不同，所以隔直流；②信號傳輸時可能會串擾進去直流分量，所以隔直流使信號眼圖更好；③AC耦合電容還可以提供直流偏壓和過流的保護。說到底，AC耦合電容的作用就是提供直流偏壓，濾除信號的直流分量，使信號關于0軸對稱。
那為什么要添加這個AC耦合電容？當然是有好處的，增加AC耦合電容肯定是使兩級之間更好的通信，可以改善噪聲容限。要知道AC耦合電容一般是高速信號阻抗不連續的點，并且會導致信號邊沿變得緩慢。
1）一些協議或者手冊會提供設計要求，我們按照designguideline要求放置。
2）沒有第一條的要求，如果是IC到IC，請靠近接收端放置。
展開 
干貨｜一個電源工程師對EMI的見解
而隔離芯片前一端的地是與控制地連接的，你隨便看看隔離模塊電源的手冊，原副邊耦合的寄生電容一般在60pF左右，也是就說在高速開關瞬間，會產生大約6A的電流從副邊的地通過電容耦合到原邊，原邊的地電平肯定瞬間產生尖峰，整個控制系統產生強烈的干擾。所以做高頻的時候，隔離電源的地線千萬不要平行的鋪在2層PCB中，干擾效果會更加強烈。
同時選隔離芯片的時候也需要注意一個參數叫做CM transient immunity（肯定會給的），這個參數最好大于開關瞬間，橋臂中點電平的變化速率。光耦隔離這個參數一般在30kV/us，磁耦在35kV/us，電容耦合在50kV/us（是不是絕望了，都比氮化鎵低，硅器件一般在10kV/us,Sic 30kV/us）。
還有很多細節可以引起干擾，不過真的不是EMI噪聲做的孽。
我先簡單的把以上內容總結一下：
電源適配器不是開關頻率越高，功率密度就越高，目前這個階段來說真正阻礙功率密度提高的是散熱系統和電磁設計（包括EMI濾波器和變壓器）和功率集成技術。
慎重選擇開關頻率，開關頻率會極大的影響整個變化器的功率密度，而且針對不同器件，拓撲，最佳的開關頻率是變化的。
高頻確實產生很多很難解決的干擾問題，往往要找到干擾回路，然后采取一些措施。
為了繼續維持電力電子變換器功率密度的增長趨勢，高頻肯定是趨勢。只是針對高頻設計的電力電子技術很不成熟，相關配套芯片沒有達到要求，一些高頻的電源適配器電磁設計理論不完善和精確，使用有限元軟件分析將大大增加開發周期。
免責聲明：本文系網絡轉載，版權歸原作者所有。
展開 干貨 | 一個電源工程師對EMI的見解
而隔離芯片前一端的地是與控制地連接的，你隨便看看隔離模塊電源的手冊，原副邊耦合的寄生電容一般在60pF左右，也是就說在高速開關瞬間，會產生大約6A的電流從副邊的地通過電容耦合到原邊，原邊的地電平肯定瞬間產生尖峰，整個控制系統產生強烈的干擾。所以做高頻的時候，隔離電源的地線千萬不要平行的鋪在2層PCB中，干擾效果會更加強烈。
同時選隔離芯片的時候也需要注意一個參數叫做CM transient immunity（肯定會給的），這個參數最好大于開關瞬間，橋臂中點電平的變化速率。光耦隔離這個參數一般在30kV/us，磁耦在35kV/us，電容耦合在50kV/us（是不是絕望了，都比氮化鎵低，硅器件一般在10kV/us,Sic 30kV/us）。
還有很多細節可以引起干擾，不過真的不是EMI噪聲做的孽。
我先簡單的把以上內容總結一下：
電源適配器不是開關頻率越高，功率密度就越高，目前這個階段來說真正阻礙功率密度提高的是散熱系統和電磁設計（包括EMI濾波器和變壓器）和功率集成技術。
慎重選擇開關頻率，開關頻率會極大的影響整個變化器的功率密度，而且針對不同器件，拓撲，最佳的開關頻率是變化的。
高頻確實產生很多很難解決的干擾問題，往往要找到干擾回路，然后采取一些措施。
為了繼續維持電力電子變換器功率密度的增長趨勢，高頻肯定是趨勢。只是針對高頻設計的電力電子技術很不成熟，相關配套芯片沒有達到要求，一些高頻的電源適配器電磁設計理論不完善和精確，使用有限元軟件分析將大大增加開發周期。
免責聲明：本文系網絡轉載，版權歸原作者所有。
展開 耦合在電路中的作用是什么？為什么需要耦合？
（篇幅限制，只展示3個課程）
復制這段話到TaoBao打開即可見↓
1.0 ha:/??bELdXgm5iaX?? 凡億教
我們在學習和生活中經常會遇見能量的相互傳送問題，其實在電路中，能量也是需要被相互傳送的，這里要提到“耦合”的概念。
耦合是指把能量從一個電路傳送另外一個電路中去，耦合在模擬電路和數字電路中非常常見，微弱的信號可以耦合到放大電路進行放大，經過放大的信號同樣可以通過耦合進行輸出。
耦合是兩個功能電路的連接橋梁，可以實現信號和能量的傳遞。常見的耦合電路有直接耦合電路、電容耦合電路、光電耦合電路和變壓器耦合電路。
下面通過一些實例，來跟大家一起探討下耦合在電路中的作用。
展開 使用 COMSOL 進行等離子體化學仿真
你可以通過氬/氧電感耦合等離子體反應器模型和氬/氧電容耦合等離子體反應器模型教程了解電負放電建模的重要因素和策略。
等離子體化學示例
在準備等離子體化學之前，確定要從模型中學習的內容非常重要。如果你正在使用可以接受大公差的模型，并且想要計算等離子體的均勻性、功率吸收、氣體加熱或電極上的電流，那么簡化的化學反應(如以下示例中所示)是一個很好的起點。使用這種化學方法是有好處的，因為一般的想法是使等離子體化學盡可能簡單。但是，如果你正在使用的模型需要更嚴格的公差，并且你希望了解特定的激發態，那就需要更精細的化學成分，例如參考文獻7中介紹的化學成分。
示例1
圖5顯示了一個在等離子體 接口中實現的氬等離子體的簡單化學反應的示例。在準備反應器模型時，建議使用這樣的化學成分。它可以在 COMSOL 案例庫的許多模型中找到，例如直流輝光放電模型。這種化學有四種物質，包括電子、基態、有效激發態和離子。電子碰撞截面描述的電子碰撞反應有 5 種：與基態的彈性碰撞，對 Ars 的激發，Ars 的去激發，從基態電離和激發態的電離。使用反應 特征包括潘寧電離和 Ars 態的淬滅。在表面，離子被中和，Ars 去激發至基態。
圖5 氬氣的等離子體化學。
COMSOL Multiphysics 用戶界面特寫圖，顯示了模型開發器與擴展的等離子體接口，顯示了氬氣的等離子體化學特性。
示例2
圖6 顯示了氬氣和氧氣混合物中等離子體的化學成分。該化學反應用于氬/氧電感耦合等離子體反應器模型和氬/氧電容耦合等離子體反應器教程模型，旨在為氬氣-氧氣混合物提供基礎化學，可以添加更多反應。氬氣反應與示例1相同。請注意，氧反應基于參考文獻2和參考文獻7，所有電子碰撞截面均來自 LXCat。
展開 